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