[PDF] THÈS EE Titre : Contamination en métaux

View - Download THÈS EE

Previous PDF

Next PDF

!Ǻl"Université Toulouse III - Paul SabatierǺ " #!$ǺSciences de la Terre et EnvironnementǺ M. Hubert BRIL, Professeur, Université de Limoges, Examinateur M. Philippe FREYSSINET, Ingénieur BRGM, Rapporteur M. Jean-Loup GUYOT, Directeur de Recherche, IRD, examinateur M. Jean-Marc MONTEL, Professeur, Université de Toulouse, Examinateur Mme. Anne PROBST, Directeur de Recherche, CNRS, Directeur de thèse M. Francisco VELASCO, Professeur, Universidad del País Vasco, Rapporteur Ecole doctorale : Ecole doctorale : Sciences de l'Univers, de l'Espace et de l'Environnement $ǺLaboratoire en Mécanismes et Transfetrs en GéologieǺ $ǺAnne Probst et Marc RouletǺ "$ǺNoms des rapporteurs (s"ils ne font pas partie des membre du jury)Ǻ !Matías Miguel Salvarredy Aranguren

29 avril 2008

$ Contamination en métaux lourds des eaux de surface et des sédiments du Val de Milluni (Andes Boliviennes) par des déchets miniers. Approches géochimique, minéralogique et hydrochimique

UNIVERSITE TOULOUSE III - PAUL SABATIER

THESE de DOCTORAT

DE L'UNIVERSITE de TOULOUSE

délivrée par l'UNIVERSITE TOULOUSE III - PAUL SABATIER Ecole doctorale : Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace Spécialité : Sciences de la Terre et Environnement

Soutenue publiquement par

Matías Miguel Salvarredy Aranguren

Le 29 avril 2008

Contamination en métaux lourds des eaux de surface et des sédiments du Val de Milluni (Andes Boliviennes) par des déchets miniers Approches géochimique, minéralogique et hydrochimique

Directeur de thèse : Anne PROBST

Co-directeur de thèse : Marc ROULET

______________________________ JURY M. Hubert BRIL, Professeur, Université de Limoges, Examinateur M. Philippe FREYSSINET, Ingénieur BRGM, Rapporteur M. Jean-Loup GUYOT, Directeur de Recherche, IRD, Examinateur M. Jean-Marc MONTEL, Professeur, Université de Toulouse, Examinateur Mme. Anne PROBST, Directeur de Recherche, CNRS, Directeur de thèse M. Francisco VELASCO, Professeur, Universidad del País Vasco, Rapporteur

AVANT-PROPOS et REMERCIEMENTS

Ce manuscrit que vous avez entre les mains est le résultat d'un travail de longue haleine, comme c'est le

cas de la plupart des thèses de doctorat. Il a débuté un peu avant le début de l'année 2002 par des discussions sur

l'objectif du projet entre Anne Probst, Jean-Loup Guyot, Marc Roulet, Jean Luc Probst et moi-même (parmi

d'autres). Une fois le projet établi, sur la base d'une étude de faisabilité sur le terrain en Bolivie (par Anne

Probst, Marc Roulet et Jean-Loup Guyot, notamment), une demande de financement de bourse IRD a été

déposée sur la base scientifique du projet. Cette bourse financée par l'IRD a ainsi permis ma venue en France et

mon inscription à l'Université Paul Sabatier de Toulouse en vue de l'obtention d'un doctorat au sein de l'Ecole

Doctorale SDUEE. C'est pourquoi je remercie en premier lieu toutes les personnes (mentionnées ou non) qui ont

rendu possible le début de cette expérience franco-bolivo-argentine.

Mon travail a été réalisé en France (principalement) et en Bolivie (au cours de deux séjours de plusieurs

mois) et j'ai eu la chance d'avoir un directeur de thèse de chaque côté de l'Atlantique pour me guider, Anne dans

la rigueur du travail au sein du laboratoire (et le soutien économique du CNRS, de l'Université Paul Sabatier) et

Marc dans les conditions extrêmes du travail de terrain (avec le soutien logistique de l'IRD), où nous avons été

aussi accompagnés par L. Alanoca, E. Lopez, R. Fuertes, S. Sacaca Cuellar (de l'Université Mayor de San

Andrés à La Paz et IRD Bolivie). Mais, ce ne sont pas simplement eux qui ont marqué l'empreinte de cette thèse,

il y a aussi l'ensemble du personnel du LMTG qui m'a aidé pour aujourd'hui aboutir à ce travail. Je voudrais

exprimer ma gratitude notamment au staff technique du LMTG, tout particulièrement à T. Aigouy, C.

Boucayrand, F. Candaudap, M. Carayon, C. Causserand, Ph. de Parseval, F. de Parseval, R. Freydier, J. Escalier,

S. Gardoll, N. Guerrero, C. Lagane, S. Levet, F. Mena, M. Thibaut, M. Valladon. Je veux remercier également

ceux qui m'ont aidé et fait partager des discussions très enrichissantes : L. Alanoca, D. Aubert, C. Brunel, C.

Montel, F. Poitrasson, O. Pokrovsky, V. Regard, T. Roncal, J. Scheiner, R. Siqueira, Y. Sivry, F. Sondag, J.

Sonke, M. Strub, N. Vegas Tubia, F. Velasco. Je veux aussi exprimer ma gratitude à J. Ingrin, qui m'a facilité

l'accès au microscope à réflexion et expliqué son fonctionnement. Je remercie également J.L. Hazemann pour

l'encadrement EXAFS et le soutien sur projet de l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF,Grenoble).

Pendant la durée de cette thèse plusieurs évènements se sont passés. On ne peut songer à arrêter

l'histoire pendant que l'on fait sa thèse. Ainsi, il y a eu des faits marquants au niveau personnel, mais aussi dans

la vie des pays où je séjournais, ainsi qu'au niveau du laboratoire. Mon départ d'Argentine en octobre 2002 avec

mon épouse Verónica Herrero Ducloux, a été marqué par une des pires crises de l'histoire de mon pays avec une

augmentation spectaculaire de la pauvreté politique et sociale. Pour ne pas que j'oublie ces situations de crises...

mes deux séjours en 2003 en Bolivie ont été marqués par des révoltes aiguës populaires (impliquant même

l'armée), évènements qui ont perturbé de façon importante le travail sur le terrain. Une fois les prélèvements

réalisés sur le terrain, l'acheminement des échantillons en France n'a pas été non plus évident. A réception des

échantillons, la réalisation des diverses analyses était une part importante de mon travail. Cette période de pleine

activité analytique de ma thèse a coïncidé avec la période de déménagement du LMTG dans ses nouveaux

locaux, ce qui a perturbé également fortement les prévisions et le déroulement des analyses.

Toutefois, ces embûches ont été compensées par la joie de la naissance de mon fils Tobias. En octobre

2005, le financement de la bourse IRD a touché à sa fin. J'ai alors demandé et obtenu une nouvelle bourse

(Programa de becas Saint Exupéry), de 10 mois auprès du Ministère de l'Education et de la Science d'Argentine,

en collaboration avec la France. Etant donné que cette aide économique était relativement faible, ma femme et

mon fils sont repartis en Argentine en décembre de 2005. Le séjour en France et leur retour en Argentine ont été

marqués par des restrictions économiques que l'on peut imaginer dans une telle situation. C'est pourquoi, il n'est

pas banal de mentionner que cette thèse a pu aboutir grâce à l'aide et au soutien de Verónica Herrero Ducloux,

qui par ailleurs, pendant son séjour n'a pas pu exercer sa profession de médecin en France. A l'issue de la bourse

St Exupéry, je suis rentré en Argentine en juillet 2006. Lors de plusieurs de mes déplacements inter-océaniques

et ainsi que dans les moments difficiles, nous avons eu l'appui économique et moral de nos parents Miguel A.

Salvarredy, Elena M. Aranguren et M. Inés Garcia. En 2006, quelques jours après avoir organisé une Réunion

sur les Impacts Environnementaux en Amérique du Sud, où j'ai eu la chance de le rencontrer une dernière fois,

Marc Roulet est décédé à La Paz.

L'année 2007 m'a donné la chance d'avoir un poste au Servicio Geológico Minero Argentino

(SEGEMAR, le " BRGM argentin »). Sans l'appui de cette institution, en particulier avec l'accord de José

Mendía et Héctor Leanza, ce travail n'aurait pu encore être terminé. Merci donc infiniment au SEGEMAR.

D'autre part, il est clair qu'à partir de la disparition de Marc, le rôle déjà important d'Anne pour la

rédaction de la thèse est devenu fondamental. C'est grâce à elle que mes brouillons sont maintenant une thèse.

Enfin, je remercie vivement les membres du jury (rapporteurs et examinateurs) H. Bril, P. Freyssinet,

J.L. Guyot, J.M. Montel, A. Probst et F. Velasco, qui me font l'honneur d'évaluer cette thèse et d'assister à sa

soutenance. Très sincèrement, Matías Miguel Salvarredy Aranguren

TABLE DES MATIERES

Introduction Générale 1

Chapitre I

Les métaux lourds issus de l'activité minière et leurs effets dans l'environnement 7 I.1 Préambule : considération sur l'utilisation des termes " métaux lourds » 9 I.2 Rappels généraux sur les métaux lourds 9 I.2.1 Les effets biochimiques des métaux lourds 10 I.2.2 Caractéristiques générales des métaux les plus concentrés du Val de Milluni 11

I.2.2.1 Le Fer (Fe) 11

I.2.2.1.1 Généralités et sources 11

I.2.2.1.2 L'utilisation du Fe par l'homme et dans les cycles biologiques 12

I.2.2.2 Le Manganèse (Mn) 13

I.2.2.2.1 Généralités et sources 13

I.2.2.2.2 L'utilisation du Mn par l'homme dans les cycles biologiques et sa toxicité 13

I.2.2.3 Le Zinc (Zn) 14

I.2.2.3.1 Généralités et sources 14

I.2.2.3.2 L'utilisation du Zn par l'homme dans les cycles biologiques et sa toxicité 15

I.2.2.4 L'Arsenic (As) 16

I.2.2.4.1 Généralités et sources 16

I.2.2.4.2 L'utilisation de l'As par l'homme dans les cycles biologiques et sa toxicité 18 ii I.2.2.5 Le Cadmium (Cd) 20

I.2.2.5.1 Généralités et sources 20

I.2.2.5.2 L'utilisation du Cd par l'homme dans les cycles biologiques et sa toxicité 21

I.2.2.6 Le Cuivre (Cu) 21

I.2.2.6.1 Généralités et sources 21

I.2.2.6.2 L'utilisation du Cu par l'homme dans les cycles biologiques et sa toxicité 22

I.2.2.7 Le Plomb (Pb) 23

I.2.2.7.1 Généralités et sources 23

I.2.2.7.2 L'utilisation du Pb par l'homme dans les cycles biologiques et sa toxicité 24

I.2.2.8 L'Étain (Sn) 26

I.2.2.8.1 Généralités et sources 26

I.2.2.8.2 L'utilisation du Sn par l'homme dans les cycles biologiques et sa toxicité 27 I.3 L'activité minière : ses effets sur l'environnement 27 I.3.1 L'impact des exploitation minières riches en sulfures 30

Chapitre II

Matériels et Méthodes 35

II.1 Description de la région d'étude 37

II.1.1 Le Val de Milluni, histoire des exploitations minières et caractéristiques générales du bassin 38

II.1.1.1 Lac Pata Kkota 39

II.1.1.2 Lac Jankho Kkota 40

Thèse de Doctorat de l'Université Toulouse III - Matías M. Salvarredy Aranguren iii II.1.1.3 Lac Milluni Chico 41

II.1.1.4 Lac Ventanani 42

II.1.1.5 Lac Milluni Grande 43

II.1.2 Description des sites d'échantillonnage 45 II.1.2.1 Echantillonnage dans le bassin de Milluni et de Zongo 45

II.2 Méthodes 47

II.2.1 Préparation du matériel d'échantillonnage 47

II.2.2 Protocole d'échantillonnage 47

II.2.2.1 Protocole d'échantillonnage des solutions et des matières en suspension (MES) 47 II.2.2.2 Validation du Protocole d'échantillonnage d'eaux et des matières en suspension (MES) 49 II.2.2.3 Protocole d'échantillonnage des sédiments et des carottes 49

II.2.2.4 Echantillonnage des roches 51

II.2.3 Mesures de débits 51

II.2.4 Détermination des matières en suspensions (MES) 52 II.2.5 Préparation des échantillons solides 52 II.2.5.1 Tamisage des sédiments et séparation de la fraction inférieure à 2 mm, 63 µm et 2 µm 52

II.2.5.2 Broyage des échantillons 53

II.2.5.3 Réalisation des sections polies et des lames minces 53 II.2.5.3.1 Procédure pour produire une section polie d'une roche 53

II.2.5.3.2 Procédure pour réaliser une lame mince à partir d'un matériau meuble (type sable) 54

II.2.6 Digestions Acides des solides 54

II.2.6.1 Protocoles d'attaque totale des sédiments de fond et des carottes 55 iv II.2.6.2 Protocoles d'attaque totale des matières en suspension (MES) 55 II.2.6.3 Validation du protocole d'attaques des solides 56

II.2.7 Protocole d'extraction séquentielle 58

II.2.7.1 Choix d'un protocole et description de la procédure utilisée 58 II.2.7.2 Validation du protocole d'extraction séquentielle 60

II.2.8 Techniques d'analyse 62

II.2.8.1 Caractérisation chimique des échantillons aqueux 62

II.2.8.1.1 Détermination des métaux lourds et des éléments traces (terres rares incluses). 62

II.2.8.1.2 Détermination des Eléments Majeurs 63

II.2.8.1.2.1 Mesure des Cations 63

II.2.8.1.2.2 Mesure des Anions 63

II.2.8.1.2.3 Autres mesures 64

II.2.8.2 Caractérisation chimique des échantillons solides 64 II.2.8.2.1 Détermination des teneurs totales des ETM 64 II.2.8.2.2 Détermination de la composition minéralogique et chimique des minéraux 64 II.2.8.2.2.1 Détermination minéralogique par microscopie de réflexion 65 II.2.8.2.2.2 Détermination minéralogique par DRX 65 II.2.8.2.2.3 Détermination chimique et minéralogique par MEB et EDS 66 II.2.8.2.2.4 Détermination chimique et minéralogique par Microsonde Electronique 66 II.2.8.2.2.5 Détermination chimique et minéralogique du zinc par EXAFS 67 II.2.8.2.3 Déterminations supplémentaires faites sur les sédiments des carottes 68 II.2.8.2.3.1 Détermination de l'humidité et de la densité 69 II.2.8.2.3.2 Détermination du carbone organique, de l'azote et des rapports isotopiques

13C/12C et 15N/14N 69

II.2.8.2.3.3 Datation par le plomb 210 (

210Pb) 69

Thèse de Doctorat de l'Université Toulouse III - Matías M. Salvarredy Aranguren v II.3 Calculs pour l'estimation de l'intensité de la

contamination et de flux métalliques 70 II.3.1 Estimation de l'intensité de la contamination 70 II.3.1.1 Définition et calcule du facteur d'enrichissement (EF) 70 II.3.1.2 Définition et calcul de l'index de Géoaccumulation (

Igeo) 71

II.3.2 Définition et calcul du flux métallique 71

II.4 Modélisation géochimique 72

II.5 Estimation des volumes et tonnages affectés par l'activité minière 72 II.5.1 Détails sur les critères choisis pour la définition des secteurs considérés 73quotesdbs_dbs21.pdfusesText_27

[PDF] exercices ondes mpsi

[PDF] la pollution de la mer et ses conséquences

[PDF] oscillateur harmonique exercices corrigés pdf

[PDF] pollution des océans par le plastique

[PDF] pollution des océans chiffres

[PDF] pollution des océans par le pétrole

[PDF] la pollution des oceans

[PDF] physique méthodes et exercices mpsi-ptsi pdf

[PDF] les trois types de pollution pdf

[PDF] propagation des ondes acoustiques

[PDF] compte dexploitation prévisionnel modèle

[PDF] compte dexploitation prévisionnel simplifié

[PDF] propagation de la lumière definition

[PDF] propagation de la lumière dans un milieu homogène

[PDF] expérience propagation rectiligne de la lumière