Sédiments en amont du lac de Villerest

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Villerest : distribution spatiale des éléments traces dans les sédiments en amont du lac de barrage de Villerest - Cécile GROSBOIS CNRS Préséntation effectuée à l'occasion de la 16ème réunion de travail de la plate-forme Recherche-Données-Information, les 30 et 31 mai 2012 à Bruxelles

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Projet VILLEREST (2010-2011) Qualité des sédiments entre Grangent et Villerest C. Grosbois, M. Desmet EA 6293 Géohydrostèmes continentaux, Univ. de Tours En collaboration avec A. Coynel. UMR EPOC, Univ. De Bordeaux I P. Jugé, CETU-Elmis, Univ. Tours EA 6293 GéHCO

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Projet VILLEREST Pourquoi ce projet sur les éléments traces potentiellement polluants ? Etat des lieux ● Concentrations élevées (Cu, Hg, Zn) dans les poissons du lac (rapport 2007 de Asconit Consultants) ● Arrété préfectoral de non consommation des poissons ● Eutrophisation du lac de barrage et la mise en évidence de périodes d’asphyxie → Modifications des conditions d’oxydo-réduction → Possible remobilisation des éléments traces depuis les sédiments vers des la colonne d’eau et le réservoir biologique

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Projet VILLEREST Pourquoi ce projet sur les éléments traces potentiellement polluants ? Questions ●1- Les sédiments du secteur sont-ils contaminés ? Par quels éléments ? Où et sur quelle période ? ●2- Si oui, y-a-t il un risque de transfert vers des réservoirs cibles ? ●3- Si oui, quelles sont les sources actuelles et/ou passées de ces éléments ?

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Erosions Transport solide Stockage sédimentaire Projet VILLEREST Origines et transfert solide des contaminants dans un bassin versant Origine naturelle L’érosion mécanique des roches naturellement enrichies

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Projet VILLEREST Origines et transfert solide des contaminants dans un bassin versant Sources anthropiques potentielles Apports atmosphériques Sites industriels Agglomérations Rejets non contrôlés Sites miniers Activités agricoles

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Projet VILLEREST Origines et transfert solide des contaminants dans un bassin versant Stockage dans le réservoir sédimentaire Barrage de Villerest (crédit : CG)

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Projet VILLEREST A Villerest: ce qui a été fait Distribution spatiale : ~40 échantillons de sédiments de fond récoltés Enregistrement sédimentaire : Carottage dans le lac de retenue de Villerest (collaboration avec le s yndicat mixte de la retenue du barrage de Villerest avec le prêt d’une barge et pilotes ) Analyses des éléments majeurs et traces, Corg total et minéralogie et 137 Cs (n=568)

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● Comparaison des concentrations ? Conc. = f(granulométrie, minéralogie) en plus des différentes origines Pas de normes réellement applicables aux sédiments de barrage. ● Les sédiments sont-ils contaminés ? [Zn] >300, [Ni] = 50, [Pb] = 100, [Cu] = 100, [Hg] = 1 mg/kg Concentration totale (<63µm; mg/kg) Arrété 09/08/2006 pour les sédiments curés en dom. continental Projet VILLEREST Résultats Concentrations dans la fraction <63 µm de la carotte sédimentaire à Villerest

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● Index de Muller (1979)= log([X] de l’échantillon/1.5[X] d’un niveau de référence) ● Les sédiments sont-ils contaminés ? Projet VILLEREST Résultats La Seine (Le Cloarec et al , 2011) La Loire aval (Grosbois et al , 2012) La Loire à Villerest (2010) Index de Muller pour Hg Time (y) 1950 1970 2000 2010 Impact modéré Impact conséquent Impact nul

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Projet VILLEREST Résultats ● Les sédiments sont-ils contaminés ? ● Définir un niveau de référence = bruit de fond naturel (Grosbois et al, 2012) Roches magmatiques et métamorphiques Roches volcaniques Roches sédimentaires carbonatées Roches sédimentaires détritiques Alluvions

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● Les sédiments sont-ils contaminés ? ● Utiliser un outil fiable pour la comparaison des concentrations: EF = facteurs d’enrichissement (double normalisation pour la fraction <63 µm) EF (X) = ([X]/[Al]) échantillon / /([X]/[Al]) bruit de fond géochimique Si EF (X) < 2 : niveau observé = bruit de fond, Si EF(X) >3 : enrichissement par rapport au bruit de fond Projet VILLEREST Résultats

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● Les sédiments sont-ils contaminés ? ● Répartition des EF dans la fraction <63µm des sédiments de la carotte (maximum ) ● Sur quelle période ? EF<2 2<EF<7 EF>10 Ba Cr U W Bi(13) As (3) Cu (5) Ni (6) Pb (4) Sb (5) Sn (7) Zn (6) Ag (23) Au (35) Cd (50) Hg (37) Projet VILLEREST Résultats

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Variations temporelles Ancrage chronologique des sédiments de la carotte sédimentaire - préserver l’interface eau-sédiments : 2010 - mesurer le 137 Cs 2010 1986 137 Cs (émission g , Bq/kg) Accident de Tchernobyl Date de prélèvement Projet VILLEREST Résultats 2010

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Vitesse de sédimentation moyenne : ~ 3 cm/an 2010 1986 137 Cs (émission g , Bq/kg) 1983/84 : Fin de la mise en eau du barrage Sédiments déposés lors de la mise en eau 2000 1990 Enregistrement de la qualité des sédiments au cours de la mise en eau du barrage dans cette carotte sédimentaire (arguments granulométriques et géochimiques) Sédiments plus anciens ~1980 ~1963 (?)- fin des années 70 Projet VILLEREST Variations temporelles

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● Les sédiments sont-ils contaminés ? Projet VILLEREST Variations temporelles Période de mise en eau Sédiments mis en place avant 1980 très contaminés en Ag et Sn (5<EF<10) et - en Au, Bi, Cd, Hg (EF>10) 2000 1990 1986 <1980

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● Les sédiments sont-ils contaminés ? Projet VILLEREST Variations temporelles Période de mise en eau Sédiments mis en place pendant la mise en eau (-128 -82 cm de fond) maximum entre -120 et -113 cm au début de la mise en eau - Diminution des EF entre -105 et -87 cm (- marqué pr Bi, Sb, Sn) 2000 1990 1986 <1980

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● Les sédiments sont-ils contaminés ? Projet VILLEREST Variations temporelles Période de mise en eau Sédiments mis en place entre 1986 et 2010 Nombreux pics d’enrichissement ; Ag, Au, Cd et Hg avec EF >10 - Maxima de plus en plus faibles 2000 1990 1986 <1980

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●1- Les sédiments sont-ils contaminés ? Pour quels éléments ? Pour quelle période ? ●2- Y-a-t il un risque de contamination, de transfert ? ● Définir un niveau de référence pour le secteur étudié ● Utiliser un outil de comparaison fiable ● Comparaison ● Caractériser les phases solides qui sont porteuses de ces contaminants = spéciation solide Projet VILLEREST Résultats

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● Y-a-t il un risque de contamination ? ● Deux grands types de porteurs de contaminants potentiels : les agrégats argileux et les oxyhydroxydes Caractérisation au microscope électronique à balayage et quantification à la microsonde en cours Projet VILLEREST Résultats 940 à 1560 mg/kg Zn (analyse in-situ EPMA)

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● Y-a-t il un risque de contamination ? ● Deux grands types de porteurs de contaminants potentiels : les agrégats argileux et les oxyhydroxydes Caractérisation au microscope électronique à balayage et quantification à la microsonde en cours Si Fe Mn Projet VILLEREST Résultats 2500 mg/kg Zn (analyse in-situ EPMA)

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● Y-a-t il un risque de contamination ? ● Troisième type de porteurs de contaminants potentiels : problème de remobilisation à micro-échelle Caractérisation au microscope électronique à balayage et quantification à la microsonde en cours Projet VILLEREST Résultats Pyrite authigénique avec As et Zn

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●1- Les sédiments sont-ils contaminés ? Pour quels éléments ? Pour quelle période ? ●2- Y-a-t il un risque de contamination, de transfert ? ●3- Quelles sont les sources actuelles et/ou passées de ces contaminants ● Définir un niveau de référence pour le secteur étudié ● Utiliser un outil de comparaison fiable ● Comparaison ● Mobilité des contaminants à travers la spéciation solide ● Etudier la répartition spatio-temporelle des teneurs en ET dans le secteur ● Distinguer les sources naturelles des sources anthropiques Projet VILLEREST Résultats

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Activités industrielles et minières : ● Quelles sont les sources de ces éléments traces ? Projet VILLEREST Résultats Impacts sur les affluents (Ondaine, Furan, Aixe) mais peu/pas dans les sédiments Loire Cause : effet dilution ou peu de transport solide ou masqués par des sources + importantes Grangent Villerest EF (Pb)

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Activités industrielles et minières : Impacts sur les affluents (Ondaine, Furan, Pisse-Vieille, différentes gouttes) et dans les sédiments Loire ● Quelles sont les sources de ces éléments traces ? Projet VILLEREST Résultats EF (As)

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Sources ponctuelles présentes dans le cours de la Loire Toujours en aval des foyers urbains en Ag, Bi, Cd, Hg, Sn: Rejets de STEP, d’industries et ou phénomènes d’accumulation ? ● Quelles sont les sources de ces éléments traces ? Projet VILLEREST Résultats EF (Hg)

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Exemple Cu-Hg dans la fraction <63 µm des sédiments de la carotte Sédiments post-1986 à Villerest ● Quelles sont les sources de ces éléments traces ? Projet VILLEREST Résultats Cu (mg/kg) Hg (mg/kg)

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Sédiments post-1986 à Villerest Sédiments de tête de bassin, sans impact anthropique (Meybeck et al, in prep) + Bruit de fond de référence (Grosbois et al, 2010) ● Quelles sont les sources de ces éléments traces ? Exemple Cu-Hg dans la fraction <63 µm des sédiments de la carotte Projet VILLEREST Résultats Cu (mg/kg) Hg (mg/kg)

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Sédiments post-1986 à Villerest Sédiments actuels prélevés à l’aval des agglomérations (Veauche, Montrond, Feurs, Balbigny) ● Quelles sont les sources de ces éléments traces ? Sédiments de tête de bassin, sans impact anthropique (Meybeck et al, in prep) + Bruit de fond de référence (Grosbois et al, 2010) Exemple Cu-Hg dans la fraction <63 µm des sédiments de la carotte Projet VILLEREST Résultats Cu (mg/kg) Hg (mg/kg)

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●1- Les sédiments du secteur sont contaminés ●2- Risque de de transfert ●3- Sources actuelles/passées minières, industrielles et urbaines Projet VILLEREST Conclusions La Seine (Le Cloarec et al , 2011) La Loire aval (Grosbois et al , 2012) La Loire à Villerest (2010) Index de Muller pour Hg

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