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ATELIER APPORTS CONTAMINANTSLa seyne/mer
APPORTS DE MÉTAUX PAR LE RHÔNE
Atelier apports contaminants - septembre 2007
O. Radakovitch
Thésards: P. Ollivier, , V. Roussiez,
Observatoire RégionalMéditerranéen sur
l’Environnement
Grand Rhône River discharge and SPM concentrations 2001-2004
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
01/01/0105/02/0112/03/0116/04/0121/05/0125/06/0130/07/0103/09/0108/10/0112/11/0117/12/0121/01/0225/02/0201/04/0206/05/0210/06/0215/07/0219/08/0223/09/0228/10/0202/12/0206/01/0310/02/0317/03/0321/04/0326/05/0330/06/0304/08/0308/09/0313/10/0317/11/0322/12/0326/01/041/03/045/04/0410/05/0414/06/0419/07/0423/08/04
débit liquide m3/s
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
mes (mg/l)
2 ans50 ans
55 ans 100 ans
Ces crues ont transportées de 2001 à 2003 en 12 % du temps :
24 % du flux liquide (11 à 38% par an)
83 % du flux solide (78 à 88% par an)
Flux de métaux dans le Rhône: 2001-2003 -Prélèvements manuels en Arles pour analyses des phases particulaires et dissoutes (50 échantillons environ). Analyse par ICP-MS et ICP-AES de: Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Cr, Fer, Mn, Mg, As, Sb
Estimations des flux de MES– extrapolation temporelle
- Les relations débit liquide - MES globales sont bonnes pour le Rhône:
1
10
100
1000
10000
100 1000 10000 100000
Débit (m3.s-1)
CSS (mg.l
-1)
Log MES = 2,17.log Débit – 5,40 (R2=0,87; n=101)
Rolland 2006 Ollivier 2006
Log MES = 2,15.log Débit – 5,49 (R2=0,85; n=85)
2002-2004 (B. Rolland, 2006) 2001-2003
1) Les concentrations en métaux particulaires décroissent avec l’augmentation du débit liquide et des MES jusqu’à des valeurs constantes.
20
40
60
80
100
120
140
160
0 2000 4000 6000 8000 1 104 1,2 104
CrCu
Rhone 2001-2003
Start of Flood
Part
icula
te c
once
ntr
ati
on (
ppm
)
Liquid discharge (m3/s)
Flux de métaux du Rhône: 4 points importants
2) Les concentrations en métaux particulaires suivent des hysteresis pendant les crues reliées à celles des MES.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 2000 4000 6000 8000 1 104
8 -21 Nov 2002
SPM (mg/l)
Discharge (m3/s) - November 2002 Rhone flood
70
80
90
100
110
120
130
0 2000 4000 6000 8000 1 104
Particulate Cr (ppm)
60
80
100
120
140
160
180
2000 4000 6000 8000 1 104 1,2 104
CrZn
Crue de décembre
2003
Chaque crue est “exceptionnelle”Les flux sont plus élevés durant la montée de crue
3) Les concentrations en métaux dissous décroissent avec le débit liquide sauf pour As, Sb et Ni.
0
2
4
6
8
10
0 2000 4000 6000 8000 1 104 1,2 104
Dis
solv
ed c
once
ntr
ati
on
s (p
pb)
Discharge (m3/s)
Zn
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 2000 4000 6000 8000 1 104 1,2 104
As (Sb)
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 2000 4000 6000 8000 1 104 1,2 104
Ni
Débit liquide : facteur 10
MES : facteur 10 to 100 (mg/l)
500 to 2700 in mg/s
4) Les flux de métaux sont régulés par les débits liquides et solides
Concentrations en métaux dissous : facteur 3Concentrations en métaux particulaire : facteur 2-3
Dans le Rhône, les crues ont transporté de 2001 à
2003:
• 15-30 % des flux de métaux dissous,
• 70-90 % des flux de métaux particulaires
Teneurs en métaux particulaires des rivières du Golfe du Lion
Pas de différence
notable en
concentrations
sauf pour Cu
(et Zn - Pb ?).
Radakovitch et al., 2007
0
50
100
150
200
250
Cr Co Ni Cu Zn Cd Cs Pb
RhoneTetAudeOrb Herault
0,4 à 1
Têt Aude Orb Hérault Rhône
CrCoNiCuZnCdPb
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
« Origine » des métaux particulaires dans les rivières :
EF (enrichment factor) =[Metal/Cs] échantillon / [Métal/Cs] fond géochimique local
Radakovitch et al., 2007
Variations naturelles
• le Rhône n’est pas plus « pollué » que les petites rivières• impact du Cuivre « agricole » sur la Têt et l’Aude ?
Zn, Pb, Cu et Cd
Apports par les rivières vs apports atmosphériques :
Pour l’ensemble des rivières du GdL , 80 à 90 % des apports de métaux particulaires arrivent par le Rhône
0
500
1000
1500
Cr Co Ni Cu Zn Cd*10 Pb
Flux particulaire (t/yr)
0
50
100
150
200
Cr Co Ni Cu Zn Cd*10 Pb As
Rivers Atmosphere
Atmospheric deposits are the mean of Elbaz-Poulichet et al (2001) and Guieu et al (1997) estimates.
Flux dissous (t/yr)
Radakovitch et al., 2007
CONCLUSIONS
Le Rhône constitue 90 % des apports liquides et solides au GdL, dont 13% par le
Petit Rhône.
Le Cr, Co et Ni particulaires ont des teneurs proches du « naturel », Pb, Zn, Cu et
Cd ont une origine anthropique plus évidente.
La variation des débits liquides et des MES contrôlent les flux de métaux dont les
concentrations varient peu dans le temps.
A l’échelle des trente dernières années, les crues ont transporté 55 à 65 % des MES
du Rhône (B. Rolland, 2006).
Il existe une grande variabilité des flux de MES apportés par les crues, sans
paramètre régulateur simple (origine, durée…)
Des estimations de flux au cours de la dernière décennie peuvent être faites en se
basant sur les relations flux particulaires-flux dissous. Mais les crues doivent
être suivies pour une estimation précise des flux entrants.
Estimations des flux de MES– rôle des crues
Mais ces relations ne sont plus valables lors des crues : hystéresis et caractéristiques particulières à chaque crue, au moins pour le Rhône
Ollivier 2006
Antonelli-Eyrolle 2005
Les flux annuels peuvent donc se baser sur des
relations log-log durant les débits usuels,
mais on doit disposer de données pour interpoler
pendant les crues.
Estimations des flux de MES– rôle des crues
Rolland, 20061974-2004 : 5,4 ± 3 Mt/an Part des crues : 50 %
Pont et al, 20021961-1996 : 7,4 Mt/an
Ollivier, 20062001-2003 : 7,25 Mt/an Variation sur ces 3 années de 4,8 (2001) à 11 Mt (2002)Part des crues : 83 %
Une gamme acceptable est 6 à 7 Mt/an sur les 30 dernières années,
dont au moins la moitié au cours des crues
Une partie des diverses estimations faites pour le Rhône:
Incertitudes complémentaires des estimations :
Pas de mesures de MES mais sa contribution est estimée à 13 ± 5 % à
partir des débits liquides connus.
Hétérogénéité spatiale des MES
Le Rhône en aval d’Arles est caractérisé par une hétérogénéité des MES sur la
section mouillée lors des crues qui entraîne une sous-estimation des flux
solides réels d’environ 13 % par rapport aux flux estimés à partir de
prélèvements proches de la berge et en surface (Antonelli, 2002 et 2004).
Par contre, cette hétérogénéité est moins marquée en termes de concentrations
de métaux sur les particules.
Rôle du Petit-Rhône
Une autre manière de voir les choses
Tableau III.8 : Flux des éléments dans la phase particulaire du Rhône (cette étude) et desapports atmosphériques (à partir des données de Guieu et al., 1997) dans la mer MéditerranéeNord-Ouest. Les flux des éléments majeurs sont exprimés en 106 tonnes alors que Mn et leséléments traces sont en tonne.
Rhône (ce travail)Apports
atmosphériques
flux pendant les épisodes de crue Flux annuels Flux annuels
Crue2001
Crue sept.2002
Crue nov.2002
Crues2002
Crue2003
2001 2002Guieu et al.,
1997
Al 0,230 0,089 0,447 0,536 0,184 0,300 0,624 0,023 - 0,153
Mg 0,039 0,011 0,068 0,080 0,027 0,050 0,093
Fe 0,108 0,043 0,204 0,246 0,088 0,144 0,292 0,126 - 0,144
Mn 2672 836 5209 6044 1962 3715 7377 540 - 1800
V 408 142 762 905 301 529 1050
Cr 380 114 677 791 261 488 927 342 - 396
Co 54 18 100 118 38 70 138 5,4 - 48,6
Ni 201 55 359 414 131 257 482 72 - 90
Cu 164 69 278 348 132 236 424 252 - 342
Zn 611 264 1169 1433 494 841 1742 90 - 11700
Cd 2,03 0,89 4,36 5,25 1,75 2,69 6,22 18 - 72
Sb 6,01 6,31 11,33 17,6 5,17 8,20 20,69
Cs 33,4 15,4 63,1 78 27,8 46,5 94,9
Pb 155 133 310 443 140 208 504 234 - 414
Kd= particulaire/dissous
- Préparation des échantillons pour l’analyse des métaux au CEFREM ou au CEREGE et analyse commune au LMTG (Toulouse) par ICP-MS.
Plomb, Cuivre, Zinc, Nickel, Cadmium, Cobalt, Chrome
Prélèvements et analyses rivières
- Prélèvements manuels en Arles pour analyses des phases particulaires et dissoutes (uniquement Rhône)
Suivi régulier (2003-2004) + haute fréquence pendant certaines crues
Suivi ponctuel (hors et pendant crues)
Suivi régulier (2001-2004) + haute fréquence pendant les crues
Bourrin, Durrieu de Madron & Ludwig, 2006
Et elles ont été estimées pour les petites rivières:
Rhône : 93 %
Apports moyens en MES sur l’ensemble du Golfe
Total : 60.3 Millions m3 an-1
rhonetetaudeorbheraulttech-agly-lez-vidourle
Rhône : 92 %
Total : 7.55 Millions t an-1
(2001-2003)
MESLiquides
La proportion du Rhône varie suivant l’échelle de temps considérée
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