1. Zone et période d étude.

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2 Personnes impliquées O. Radakovitch, S. Gairoard, D. Delanghe, G Raccasi, I Sakho. Equipe de recherche CEREGE Aix- en- Provence La CNR effectue régulièrement des dragages dans le vieux Rhône du Pontet à Avignon pour maintenir le tirant d eau nécessaire à la navigation. La campagne de 20 s est localisée au niveau du bassin de virement en aval de la confluence de l Ouvèze. Au cours de ces travaux, un suivi des flux de matières remises en suspension et l analyse des concentrations en éléments traces potentiellement contaminants a été effectué par l IRSN, le CEREGE, IRSTEA et l ENTPE. 3 campagnes de mesures ont été réalisées, une avant et 2 pendant la phase de dragage. Ce rapport aborde les protocoles mis en place par le CEREGE pour étudier le flux de matières en suspension issu du panache de la drague et présente les principaux résultats de ce laboratoire.. Zone et période d étude. Le dragage concerne le bassin de virement entre les PK et du Vieux Rhône d Avignon. D après l étude d impact, c est un maximum de 2.5 m de sédiments de type limons qui sont à curer dans le secteur sur une période de 2 semaines, pour un volume de 000 m 3. Les sédiments sont dragués par une drague de type aspiratrice qui rejette les matériaux en aval au PK à proximité de la surface. Les matières remises en suspensions sont, d après la fiche d incidence de la CNR, constituées de 26 % de limons et de 64 % des sables. La longueur d incidence du panache est estimée à 400 m avant un retour à une bonne qualité des eaux ([MES] < 50 mg.l -, en moyenne pour un profil en travers). Figure : Simulation de l'évolution des concentrations depuis le point de refoulement, sur une section uniforme. La bande verte correspond au bon état du cours d'eau. (Document issu de l'étude d'impact de la CNR)

3 Les travaux ont eu lieu entre le 4 et le 24 novembre 20, suite à un fort épisode de crue (figure 2). Trois campagnes de prélèvements ont été effectuées. La première le 07 novembre pour déterminer l état initial du milieu à partir d analyses sur des prélèvements du fond du chenal, la deuxième en début de campagne le 7 novembre et la troisième en fin de campagne le 23 novembre. Figure 2 : Hydrogramme des débits à la station SORA (Arles) en Novembre 20 2

4 2. Protocoles mis en place 2.. Emprise du panache et quantification du flux solide La photo de la zone actuellement disponible sur Google Earth a été prise le 6 novembre 20. Elle est reproduite ci- dessous à titre d illustration. On peut y localiser la barge de dragage sur la rive droite, quasiment en face de la confluence de l Ouvèze. Figure 3 : Copie d écran de la visualisation Google Earth sur la zone du Pontet. Photo prise le 6//20. La barge est visible en zoomant sur l application Google Earth. 3

5 2... Fonctionnement d un adcp L emprise du panache est mesurée à partir d un profileur de courant par effet Doppler (adcp). Les adcp sont utilisés à l origine pour quantifier le débit liquide des cours d eau par la réalisation de profils en travers. L adcp émet un signal acoustique rétrodiffusé par les particules en suspension dans le flux ; l exploitation de l effet Doppler permet de calculer la vitesse de déplacement des particules (considérée comme similaire à la vitesse de l écoulement liquide). Par intégration, il est possible à partir des vitesses en chaque point du profil en travers de définir le débit liquide de la section. En plus de ces informations de vitesses et de débits du flux liquide, les adcp de TRDI, permettent d enregistrer l intensité de l écho reçu par l appareil. Cette dernière est liée à la concentration en matières en suspensions dans le flux ainsi qu à une série de paramètres comme la profondeur, la température Il est possible par correction de ces paramètres de déterminer la concentration relative en MES dans le cours d eau pour suivre le panache issu du dragage. Par calibration de l intensité de la rétrodiffusion il est également possible par la suite de déterminer les concentrations réelles en MES dans le flux Méthode de travail Afin de mettre en évidence l emprise spatiale du panache, un adcp Workhorse 600 khz, a été déployé depuis une embarcation. Il était couplé à un GPS mono- fréquence Trimble par utilisation du logiciel VISEA et de sa toolbox Plume Detection. Ce logiciel est développé par la société Aquavision pour calibrer les données de rétrodiffusion à partir de prélèvements d échantillons. Le passage de l intensité de la rétrodiffusion en concentration de MES, implique une phase de calibration. Des échantillons de litre sont collectés dans le flux avec une bouteille Niskin. Chaque prélèvement est enregistré dans le logiciel pour obtenir en post traitement des couples (IR ; [MES]) qui permettront de construire une courbe de calibration par méthode itérative. Les échantillons sont collectés en différents points et à différentes profondeurs pour obtenir une gamme de concentration la plus large possible et la plus représentative du milieu analysé. Ils sont stockés dans une chambre froide en attendant les analyses. Les échantillons sont traités au laboratoire par filtration. Les filtres vierges sont séchés à l étuve à 42 C, passés au dessiccateur pendant la phase de refroidissement, puis pesés sur une balance de précision. Un volume mesuré est ensuite filtré et le filtre est remis à l étuve pendant 24 heures puis refroidi au dessiccateur et pesé sur la balance de précision. Ce résultat permet de connaitre la masse de sédiments par rapport au volume filtré et donc la concentration en MES dans l échantillon Protocole mis en place Pour identifier le panache, la méthode de suivi choisie est une descente du cours d eau depuis le point de rejet en effectuant des diagonales pour identifier les limites du panache jusqu au PK238,7. Le même protocole a été suivi en remontant vers le rejet pour augmenter la résolution spatiale des limites du panache. En complément de cette spatialisation, des profils en travers ont été effectués sur l ensemble de la zone d étude pour estimer le débit liquide pendant les acquisitions. Ces profils permettent également en post traitement d analyser l évolution de la structure spatiale du panache et l évolution du flux solide d amont en aval. 4

6 2.2. Caractérisation physico-chimique et éléments dissous La caractérisation physico- chimique du milieu est effectuée sur les mêmes échantillons que ceux prélevés à la bouteille Niskin précédemment. Les mesures de température, ph, conductivité, et oxygène dissous sont relevées immédiatement après la collecte de l échantillon. Au CEREGE, la granulométrie de chaque échantillon est réalisée sur un granulomètre laser Beckman- Coulter LS3320. Ce matériel permet d analyser des échantillons dont la granulométrie ne dépasse pas 2 mm. Chaque échantillon est mesuré à 5 reprises pour valider la mesure et les résultats sont moyennés. Une macro Excel fournit en sortie la courbe granulométrique et les divers indices granulométriques nécessaires à l interprétation des données. Pour la deuxième mission, un granulomètre laser portable LISST a été déployé, il a permis d effectuer des mesures sur site à partir des échantillons collectés. La mesure des concentrations en éléments traces dissous a été effectuée par ICP- MS au laboratoire Hydrosciences de Montpellier. Les sites retenus pour effectuer l ensemble de ces mesures sont : en aval direct du panache (sur 3 profondeurs) soit 3 échantillons au milieu du panache (sur 3 profondeurs) soit 3 échantillons à la sortie du tuyau (sur 3 profondeurs) soit 3 échantillons en amont du panache (pour une seule profondeur) soit échantillon qui servira de blanc pour la comparaison des résultats. 3. Résultats 3.. Diffusion du panache Un problème de connexion GPS lors de la mission du 7 novembre ne permet pas d exploiter ces données de façon fiable. Seules les données de 23 novembre sont donc discutées ci- dessous pour l adcp. Sur l ensemble du profil en long, le panache reste préférentiellement localisé en rive gauche (figures 4 à 0). Au fur et à mesure de sa progression vers l aval, il se diffuse et occupe une plus grande partie du profil en travers. Au PK 238.7, point aval de l étude, il semble atteindre une emprise sur l ensemble de profil. Sur le profil en long, la concentration en MES issues du dragage a tendance à diminuer, mais à l aval, les concentrations en MES enregistrées à l amont ne sont pas encore retrouvées. En rive droite, qui n est pas impactée par le panache ce jour- là, les concentrations en MES restent similaires à celles enregistrées à l amont. 5

7 Figure 4 : Concentrations en MES (mg/l) mesurées par adcp en surface sur l'ensemble de la zone d'étude le 23 novembre. Les triangles de chaque côté du fleuve donnent la position des PK. Les unités de concentration sont fournies par le logiciel VISEA à partir de sa calibration. Elles sont à confronter avec les valeurs mesurées et reportées dans le tableau 5. Le point de sortie du rejet est au niveau du pk

8 RD RD Figure 5 : Profil de concentration en MES le 23 novembre en amont du dragage. L anomalie en surface est due à la présence d une embarcation pendant l acquisition. RD Figure 9 : Profil de concentrations en MES le 23 novembre au PK RD Figure 6 : Profil de concentrations en MES le 23 novembre au niveau du rejet (PK 235) Figure 0: Profil de concentrations en MES le 23 novembre au PK RD Figure 7: Profil de concentrations en MES le 23 novembre au PK RD Figure 8 : Profil de concentrations en MES le 23 novembre au PK

9 3.2. Quantification du flux solide Mesures in-situ La mesure des concentrations sur le profil en long à partir du point de dragage montre une grande disparité entre les 2 dates (tableau et 2). Le 7/, les concentrations maximales atteignent 74 mg l - à la sortie de la pompe et tombent à 3 mg l - dès le PK Le 23/, les concentrations en sortie de pompe sont beaucoup plus importantes avec des pics dépassant 000 mg l -. Au PK 235.5, les relevés sont disparates avec des mesures entre 40 et 20 mg l -. Ceci peut s expliquer par la difficulté d obtenir un bon positionnement et une bonne profondeur de prise d échantillons vis- à- vis de la diffusion du panache. Par la suite, les concentrations se stabilisent autour de 45 mg l - entre les PK 236 et Les 2 points à 7-8 mg l - sur ce PK236 peuvent s expliquer par des périodes d arrêt de rejet par la drague clairement visibles pendant l acquisition, ou par des prélèvements en dehors du panache. La prise d échantillons représentatif s est en effet révélée difficile compte tenu de la variabilité spatiale du panache et de celle de l influence de la drague. Tableau : Concentrations en MES des échantillons relevés le 7 novembre Position Prof m Identifiant Concentration mg l - pk Sortie pompe pk Point sortie pk Point sortie pk Point sortie pk Point sortie pk PK pk PK pk Point centre.5.09 pk Point centre pk Point centre pk Point aval pk Point aval pk Point aval

10 Tableau 2 : Concentrations en MES des échantillons relevés le 23 novembre Position Prof Concentration Concentration moyenne par profondeur Identifiant m mg l - estimée par adcp Amont.5 Zero ,6 ± 6,6 pk Point Sortie ± 77 pk Point Sortie ± 40 pk Point Sortie ± 858 pk Limni ± 36 pk Limni ± 40 pk Limni ± 33 pk Point aval ± 25 pk Point aval ± 27 pk Point aval ± 32 pk PK ,5 ± 9 pk PK ,9 ± 8 pk PK ,7 ± 8 pk Point aval ,5 ± 9,5 pk Point aval ,7 ± Données adcp A partir des MES mesurées et de l intensité de la rétrodiffusion au point de prélèvement, le logiciel VISEA PDT permet de calculer une équation de calibration de l intensité de la rétrodiffusion par construction itérative, et donc de proposer une valeur de concentration MES estimée pour chaque pixel (figure ). Il est important de noter que la granulométrie des particules jouent également sur la qualité de cette calibration, mais que ce paramètre n est pas pris en compte ici. Le tableau 2 donne une comparaison entre les valeurs de MES réellement mesurées et celles estimées par cette technique, qui correspondent à la moyenne de ces données adcp sur une même profondeur et tout le transect. Dans certains cas quelques valeurs aberrantes ont été enlevées sur ces transects. Cette comparaison est bonne pour les points amont et les plus aval du rejet (PK 237 et 238,7). Elle est nettement moins fiable pour le rejet lui- même et sa proximité (PK 235 et 235,5). On observe également une surestimation des valeurs adcp au PK 236. Les différences sur ces dernier cas peuvent s expliquent en partie par la difficulté d avoir un échantillon d eau représentatif à proximité de la drague (cf ci- 9

11 dessus). Cependant, il est important de noter que la granulométrie des particules a un rôle sur l intenisté rétrodiffusée par l adcp, et que ce paramètre fortement variable près de la drague peut aussi expliquer la difficulté a obtenir une calibration correcte. Le tableau 2 montre que la relation entre concentration extrapolée par adcp et réelle est difficile à préciser dans les zones proches du dragage, mais est tout à fait valable pour la zone amont et au delà de km en aval du dragage. Sur cette base, le calcul du débit solide a été fait sur les profils adcp réalisés en amont de la zone d étude, en aval de la drague et de la confluence, au niveau du point de rejet et aux PK 236.5, et lors de la campagne du 23 novembre. Figure : Equation de calibration de la rétrodiffusion pour le 23 novembre calculée par VISEA PDT Les valeurs estimées sur l ensemble des profils sont reportées dans le tableau 3. Compte tenu des points ci- dessus, elles sont à considérer avec une marge d erreur importante pour le point «rejet» (PK235). La concentration moyenne sur le profil en travers passe de 2-4 mg l - en amont de la zone d étude à plus de 67 mg l - en aval du point de rejet. Elle reste importante jusqu au PK avec 62 mg l -, puis diminue assez rapidement au PK (43 mg l - ). Elle reste par contre assez stable entre le PK et le point le plus aval (PK 238.7) où elle est évaluée entre 45 et 33 mg mg l -, c est à dire au dessus de la valeur du cours d eau en amont du dragage. Il faut noter que les apports en MES de l Ouvèze n ont pas pu être mesurés. La confluence provoque un bouillonnement dont les bulles brouillent le signal adcp, et la dissipation de ces bulles correspond au début du rejet du dragage, ce qui empêche la mesure d un point de comparaison après la confluence. 0

12 Tableau 3 : Extraction des données de débits solide, liquide et de la concentration moyenne sur les profils explorés par adcp le 23 novembre Site profil Q l m 3 s - Q s Kg s - Concentration mg l - Amont pk234, Amont pk234, Aval drague /confluence Rejet pk Rejet pk Rejet pk Rejet pk Rejet pk pk pk pk pk pk pk pk pk pk pk pk pk Comparaison des données La figure 2 permet de comparer les valeurs de MES mesurées ou extrapolées en subsurface par l adcp et celles prédites par l étude d impact (concentrations totales). Les mesures sont supérieures ou inférieures à celles prédites selon la date, mais la tendance générale spatiale est bien reproduite. Pour la journée du 23 où les teneurs les plus fortes sont mesurées, les MES atteignent l état du «bon état des cours d eau» indiqué en figure à partir de km.

13 MES (mg/l) mesurée ou estimée en surface (,5 m) MES surface mesuré7// MES surface mesuré 23// MES adcp surface 23// MES selon étude impact 0 0,5,5 2 2,5 3 3,5 4 distance au rejet (km) Figure 2: Concentrations en MES (mg/l) mesurées ou extrapolées par adcp en subsurface (,5 m) comparées à celles prédites par l étude d impact (cf fig ). Les traits pointillés vert marque la bande de «bon état du cours d eau» selon l étude d impact CNR cf fig Caractéristiques granulométriques Méthode de prélèvements et protocole : L aspiration par la drague est discontinue dans la journée ce qui engendre des variations granulométriques au niveau du panache de rejet. Les prélèvements ont été effectués depuis l embarcation et à la profondeur choisie à l aide d une bouteille Niskin. L échantillon est ensuite transféré dans une bouteille plastique de 2L puis stockés en chambre froide avant analyse sur granulomètre laser de type LS de Beckman Coulter, équipé d un module d analyse en phase aqueuse. Il permet d obtenir le spectre granulométrique d un échantillon sur une gamme de taille allant de 40 nm à 2 mm 2

14 en une analyse. Le protocole d utilisation du granulomètre se trouve sur le site internet de l observatoire des sédiments du Rhône. Résultats Granulométriques Journée du 7//20 Figure 3: Courbes granulométriques des différents points de prélèvements pendant le dragage du 7// Les courbes (figure 3) reflètent la granulométrie des sables du dragage lors de la première journée de suivi le 7//202. Les échantillons étaient relativement peu chargés, les pourcentages d obscuration pendant l analyse étaient proches de 0% à 2% pour tous les points à l exception des points de sortie où ils atteignent 6% pour le point sortie 3.5m, témoin de la charge sableuse présente dans le rejet ce jour là. Les échantillons des PK et présentent des tailles caractéristiques des MES du Rhône (data OSR), autour de 0 à 20 µm avec des fractions argileuses et de sables fins en faible proportion, comme observé en amont du rejet. Au niveau du rejet, on observe un mode principal autour de 200 µm quelle que soit la profondeur, avec un volume important de particules jusqu à 2 µm. 3

15 Journée du 23//20 Journée du 23//20 6 Amont de la pompe 5 4 % volume ,0 0, Taille (microns) Coulter - point amont -,5m PK PK 236 % volume ,0 0, Taille (microns) % volume ,0 0, Taille (microns) PK ,5m PK ,5m PK ,5m PK 236-3m PK236-4,5m PK PK % volume ,0 0, Taille (microns) PK ,5m PK ,5m PK ,5m % volume ,0 0, Taille (microns) PK ,5m PK ,5m PK m Figure 4 : Courbes granulométriques représentées en semi- log, afin de mieux représenter les fractions inférieures à 00 µm dominant les profils pendant le dragage du 23//. Le point à.5m au PK236 a été enlevé du fait de la présence de plusieurs modes engendrés par des débris présents dans l échantillon. Le 23/ les sables sont présents en grande quantité et visibles d ailleurs directement dans la bouteille (figure 4). En dehors de cette plus forte concentration, les résultats en termes de taille sont similaires à ceux du 7/. La courbe multimodale du point amont est en partie due à de nombreux débris végétaux (observés visuellement) expliquant l apparition de pics dans les diamètres des sables, elle ne reflète donc pas la réalité des MES. Les résultats montrent une obscuration encore très élevée au point de rejet et atteignent encore 2% au PK238.7, témoignant de la présence de nombreuses particules. Les sables moyens et grossiers clairement visibles en surface du rejet disparaissent vite du signal, mais les suspensions de particules de 5µm, 50µm et 80-0µm restent présentes dans des proportions plus importantes que pour le 7/. 4

16 3.4. Mesures physico chimiques Les relevés ont été effectués le 7 novembre 20 à partir de 3h00. Le débit mesuré à la station de Beaucaire pendant cette phase de mesure était de 290 m 3 s -. Le 23 novembre, les relevés physico- chimiques ont été réalisés entre h30 et 5h30, pour un débit à Beaucaire de 000 m 3 s -. De l amont vers l aval on observe une légère augmentation de la conductivité au niveau du rejet (à associer aux apports d éléments dissous de l eau porale et peut être de la désorption) qui revient ensuite aux valeurs initiales au point aval. On a également une très faible diminution de l oxygène dissous d amont en aval. Tableau 4 : Paramètres physico chimique des échantillons relevés le 7 novembre Position Nom Prof Cond ph échantillon (m) (µs/cm) pk 234,5 Point amont T (sonde conductivité) pk 235 Point sortie pk 235 Point sortie pk 235 Point sortie 3,5 P pk 235 Point sortie pk 236 Point centre pk 236 Point centre pk 236 Point centre pk 238,5 Point aval pk 238,5 Point aval pk 238,5 Point aval Tableau 5 : Paramètres physico chimique des échantillons relevés le 23 novembre Position Nom échantillon Prof (m) heure ph Cond (µs/cm) T (sonde cond) O2 (mg/l) O2 sat (%) pk 234,5 Point amont.5 5: pk 235 Point sortie.5 4: pk 235 Point sortie 2.5 4: pk 235 Point sortie 3.5 4: pk 235,5 Point limni.5 4: pk 235,5 Point limni 2.5 5: pk 235,5 Point limni 3.5 5: pk 236 Point centre amont.5 3: pk 236 Point centre amont 3 3: pk 236 Point centre amont 4.5 3: pk 237,5 Point centre.5 2: pk 237,5 Point centre 2.5 2: pk 237,5 Point centre 3.5 2: pk 238,7 Point aval.5 : pk 238,7 Point aval 2.5 : pk 238,7 Point aval 4 : Concentrations en métaux dissous 5

17 Des concentrations de métaux dissous ont été mesurées sur des prélèvements réalisés le 23 novembre sur les différents points le long du dragage et à différentes profondeurs. Les données ne montrent pas d évolution notable en V, Cr, Ni, Cu, Zn, As, Sb, Cd ou Pb de l amont à l aval. Quelques variations s observent par endroit avec notamment des phénomènes possibles d adsorption (Zn) juste au niveau du rejet ainsi que de la désorption probable d arsenic (rejet à 2,5 m). Cependant aucune tendance claire n apparaît en dehors de ces observations ponctuelles, et le processus n a donc pas d influence visible et quantifiable sur une échelle large pour ces contaminants. 6

18 Cu Zn As 0 8 dragage pontet dissous,5 m,4,2 V Cr Co Ni Sb Pb 6 0,8 ppb 4 0,6 ppb 0,4 2 0, distance au rejet (km) Cu Zn As dragage pontet dissous 3,5 m 0,8 V Cr Co Ni Sb Pb 5 0,6 ppb 4 ppb 3 0, ,5 0 0,5,5 2 2,5 3 0,2 0 distance au rejet (km) Figure 5: Teneurs en éléments métalliques dissous (ppb) mesurées le 23/ le long du profil à,5m (graphe du haut) et 3,5 m sous la surface (bas). 7

19 Tableau 6 : Concentrations en métaux dissous (µg/l) mesurées le 23// en différents points du système et à différentes profondeurs. Position et profondeur Échantillon V (µg/l) Cr Co Ni Cu Zn As Cd Sb Pb pk 234,5 -,5m pt amont -,5m 0,435 0,85 0,07 0,52,654 8,93,052 0,06 0,768 0,25 pk 235 -,5m sortie -,5m 0,522 0,33 0,39,209 0,768 2,337,052 0,06 0,733 0,98 pk 235-2,5m sortie - 2,5m 0,45 0,54 0,4 0,63 0,899 6,5,227 0,004 0,679 0,23 pk 235-3,5m sortie - 3,5m 0,484 0,254 0,093 0,55,086 7,07 0,855 0,005 0,92 0,092 pk 235,5 -,5m limni -,5m 0,42 0,27 0,07 0,576,849 5,079 0,9 0,009 0,453 0,46 pk 235,5-2,5m limni - 2,5m 0,434 0,35 0,088 0,482,242 3,28 0,842 0,004 0,78 0,089 pk 235,5-3,5m limni - 3,5m 0,433 0,49 0,08 0,525,67 3,587 0,858 0,008 0,456 0,2 pk 236 -,5m pk 236 -,5m 0,396 0,58 0,068 0,445 2,029 6,033 0,977 0,00 0,687 0,252 pk 236-3m pk 236-3m 0,386 0,92 0,068 0,49,953 6,383 0,973 0,00 0,633 0,220 pk 236-4,5m pk 236-4,5m 0,424 0,8 0,079 0,485,68 5,33 0,95 0,00 0,707 0,5 pk 237,5 -,5m centre -,5m 0,426 0,4 0,078 0,48,253 5,365,023 0,009 0,68 0,4 pk 237,5-2,5m centre - 2,5m 0,443 0,75 0,085 0,56,38 9,75 0,977 0,007 0,708 0,53 pk 237,5 3,5m centre - 3,5m 0,43 0,95 0,03 0,603,847 6,95 0,96 0,00 0,455 0,369 pk 238,7 -,5 m aval -,5 m 0,406 0,7 0,066 0,475,778 4,432 0,926 0,00 0,795 0,37 pk 238,7-2,5m aval - 2,5m 0,403 0,86 0,072 0,546 3,859 5,88 0,952 0,008 0,629 0,358 pk 238,7-4m aval - 4m 0,44 0,68 0,074 0,53,2 4,275 0,997 0,006 0,596 0,07 4. Conclusions L opération de dragage n a pas engendrée d évolution ou d altération majeure du cours d eau. Les prévisions des concentrations MES induites selon l étude d impact sont respectées en terme de tendance spatiale mais ne correspondent pas forcément aux teneurs observées sur le terrain, qui restent toutefois inférieures au limite d un bon état du cours d eau, excepté le 23/ sur le premier kilomètre. L adcp se révèle un outil adapté pour la visualisation en 3D du panache. Si les estimations en MES sont erronées à proximité du rejet, l outil se révèle utile au- delà du premier kilomètre et permet de bien mieux évaluer l étendue du panache que par les seuls prélèvements. Enfin, l opération n a entrainée que peu de modifications sur les aspects physico- chimiques étudiés, avec une légère augmentation de conductivité et des phénomènes de sorption- désorption possible pour certains métaux au niveau direct du rejet. 8

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