Modélisation des flux métalliques à l échelle du bassin versant : application au cuivre dans le bassin de la Gironde

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1 CNRS UMR 585 T GM iques Géochim Traceurs et Minéralogiques EPOC UniversitéBordeaux 1 T TGM Institut national des sciences de l univers Modélisation des flux métalliques à l échelle du bassin versant : application au cuivre dans le bassin de la Gironde Gérard Blanc, Matthieu Masson, Stéphane Audry, Jörg Schäfer, Alexandra Coynel Colloque 27 du comité hydroécologie, Tours, 19-2 Novembre 27

2 Bassin versant de la Gironde Océan Atlantique Gironde Bordeaux U As As Au Au Cu Isle Mn Dordogne Pb As Pb Zn As Ag Pb W Sn Cu Garonne Lot Riou-Mort Pb Cu Cu N Tarn Golfe de Gascogne Espagne 5 km France W Sn Sn Pb Au Au Sn W Sn Pb W Toulouse Au Pb W Cu Pb D après Schäfer et Blanc, 22

3 Qualité des eaux arrivant dans la Gironde Cu part. (mg.kg -1 ) Cu diss. (ng.l -1 ) Garonne Dordogne Isle Garonne Dordogne Isle très mauvaise mauvaise moyenne bonne qualité eau Agence de l Eau mauvaise moyenne bonne très bonne Fortes anomalies en Cu pour les particules entrant dans la Gironde Mauvaise qualité des eaux en Cu dissous pour l Isle

4 Identification des sources métalliques : signatures géochimiques Cu particulaire (mg.kg -1 ) exutoire Isle y = 1, R =,7 source aval Cu/Pb >,8 y =, R =,95 Cu/Pb=, Pb particulaire (mg.kg -1 ) source amont Cu/Pb <,8 Sédiments de laisses de crues - bassin amont Masson et al., 26 Sci Tot Environ

5 Identification des sources métalliques : signatures géochimiques Zn particulaire (mg.kg -1 ) exutoire Isle y = 9, R =,86 source aval Zn/Pb > 8 y = 4, + 15 R =,92 Zn/Pb=8 source amont Zn/Pb < Pb particulaire (mg.kg -1 ) Sédiments de laisses de crues - bassin amont Masson et al., 26 Sci Tot Environ

6 Identification des sources métalliques : signatures géochimiques Zn/Pb 8 amont,8 aval enrichissement Zn et Cu source aval :? viticulture source amont : gîtes métallifères Cu/Pb D après le Service Central des Enquêtes et Etudes Statistiques du Ministère de l Agriculture, 21

7 Quantification des sources agricoles de Cu Contribution (en %) de la partie aval des bassins aux flux annuels de Cu particulaire estimés à l exutoire des bassins 1% 75% 5% Isle Bassin Isle: S vigne ~ ha 4 Kg Cu / ha / an 24 t Cu utilisés 25% % 1,5 t 2,7 t 6,1 t 2,6 t Plus de 5% des flux de Cu particulaire peuvent être attribués aux sources agricoles

8 Flux de Cu entrant dans l estuaire de la Gironde Flux annuel Cu diss. (t.an -1 ) Flux annuel Cu part. (t.an -1 ) Flux liquide Flux Cu Garonne Dordogne Isle Flux Cu Garonne Dordogne Isle Flux MES Flux liquide Garonne (km 3.an -1 ) Flux MES Garonne (Mt.an -1 ) Flux Cu dissous et particulaires contrôlés par les flux liquides et de MES

9 Flux de Cu entrant dans l estuaire de la Gironde 24 F eau = 29,6 km 3 F MES ~ 1,5 Mt S>2 gradient salinité S<2 S= estuaire fluvial 31, ,4 ZTM 82 Phase particulaire Phase dissoute sédiment dragué Crème de vase Sédiment consolidé

10 Réactivité de Cu dans l estuaire fluvial Cu diss. <.2 µm (ng.l -1 ) MES (mg.l -1 ) Jan. 4 [MES] Bègles > 1 mg.l -1 Mar. 4 May 4 July 4 Sept. 4 [MES] Cadillac Addition de cuivre fortement liée à la présence du bouchon vaseux (MES>1 mg.l -1 ) Nov. 4 Jan. 5 > 1 mg.l-1 La Réole PK -7 Cadillac PK -38 Bègles PK -6 La Réole PK -7 Cadillac PK -38 Bègles PK -6

11 Addition de Cu dans l estuaire fluvial de la Gironde 24 F eau = 29,6 km 3 F MES ~ 1,5 Mt S>2 gradient salinité S<2 S= 4 estuaire fluvial 8,6 31, ,4 ZTM dégradation MOP 82 Phase particulaire Phase dissoute sédiment dragué Crème de vase Sédiment consolidé

12 Réactivité du cuivre le long de l estuaire Profil longitudinal septembre 25 profil du 19 septembre 25 profils de juillet et novembre 25 (METOGIR 1 et REAGIR 4) Cu dissous (ng.l -1 ) Cu <,2 µm Cu <,2 µm MES PK Cu <,2 µm - juillet 5 Cu <,2 µm - novembre 5 MES - juillet 5 MES /1 - novembre salinité MES (mg.l -1 ) forte addition de Cu dès le gradient de turbidité et dans le bouchon vaseux addition de Cu due à l augmentation de la fraction <,2 µm (~7%) S> : floculation de la MO entraîne soustraction de Cu dissous

13 Floculation de Cu dès l entrée du gradient de salinité 24 F eau = 29,6 km 3 F MES ~ 1,5 Mt S>2 gradient salinité S<2 3 S= 4 estuaire fluvial 8,6 31, ,4 floculation MOD dégradation MOP ZTM 1 82 Phase particulaire Phase dissoute sédiment dragué Crème de vase Sédiment consolidé

14 Flux nets de cuivre dissous 3 Cu diss. (ng.l -1 ) [Cu] Boyle = 25 ng.l -1 REAGIR1 (juillet 24) REAGIR2 (octobre 24) REAGIR3 (mai 25) REAGIR4 (novembre 25) salinité

15 Modélisation flux nets d ecuivre Flux Cu diss. (kg.j -1 ) y =,17x + 37 y =,13x y =,17x + 2 R =, Q (m 3.s -1 ) 6 Flux net annuel Cu (t.an -1 ) date mission débit Q [Cu] boyle m 3 /s ng/l févr.-4 kraepiel févr.-97 flugir mai-97 flugir oct.-97 flugir janv.-98 Biomet févr.-98 Biomet mars-1 GIMET juin-1 GIMET févr.-2 GIROX sept.-2 GIROX date mission débit Q [Cu] boyle m 3 /s ng/l juil.-4 REAGIR oct.-4 REAGIR mai-5 REAGIR juil.-5 METOGIR nov.-5 REAGIR mai-6 GIMERCAD sept.-6 GIMERCAD oct.-7 GIMERCAD

16 Flux nets de cuivre dissous 24 F eau = 29,6 km 3 F MES ~ 1,5 Mt 3-53 S>2 gradient salinité S<2 estuaire fluvial S= 4 31,4 8, ,4 floculation MOD dégradation MOP ZTM 1 82 Phase particulaire Phase dissoute sédiment dragué Crème de vase Sédiment consolidé

17 Sédiment et crème de vase de l estuaire de la Gironde Juin 21 mise en suspension crème de vase par la marée + eau interstitielle dragage : oxydation des sulfures Profondeur (m) Crème de vase liquide Crème de vase Sédiment consolidé gradient diffusif d après Audry et al., sous presse Marine Chemistry

18 Flux sédiment et crème de vase 24 F eau = 29,6 km 3 F MES ~ 1,5 Mt 3-53 gradient salinité estuaire fluvial S>2 S<2 S= ,4 8, ,4 floculation MOD dégradation MOP ZTM 1 82 Phase particulaire ,3 Phase dissoute oxydation sulfures sédiment dragué flux diffusif,1 eau interstitielle (marée) Crème de vase Sédiment consolidé

19 Bilan des concentrations en Cu particulaire [Cu] Résiduel ~27 mg.kg -1 F(Cu) PF (2) F MES 23/24 ~2,2 Mt [Cu] entrant ~ 55 mg.kg -1 F(Cu) MTZ (1) [Cu] MTZ ~ 35 mg.kg -1 MTZ (~4-6 Mt) (1) Flux de Cu remobilisable à partir des particules de la ZTM : F(Cu) MTZ = ( [Cu] MTZ -[Cu] R ) * m MTZ = t (2) Flux de Cu remobilisé des particules fluviales non incorporé dans la MTZ : F(Cu) PF = ( [Cu] entrant -[Cu] R ) * F MES -F(Cu) MTZ = t

20 Bouchon vaseux : stock temporaire de Cu 24 F eau = 29,6 km 3 F MES ~ 1,5 Mt 3-53 S>2 gradient salinité dégradation MOP S<2 3 floculation MOD S= 4 estuaire fluvial 8,6 31,4 dégradation MOP ,4 ZTM 1 82 Phase particulaire ,3 Phase dissoute oxydation sulfures sédiment dragué flux diffusif,1 eau interstitielle (marée) Crème de vase Sédiment consolidé

21 Bilan des flux 24 F eau = 29,6 km 3 F MES ~ 1,5 Mt ,4-3/53 + 8,6 + 31/ / , /91 S>2 13 oxydation sulfures coprécipitation sorption dégradation MOP sédiment dragué gradient salinité flux diffusif,1 S<2 3 ZTM,3 floculation MOD 1 S= 4 8,6 eau interstitielle (marée) estuaire fluvial 31,4 dégradation MOP 82 Phase particulaire Phase dissoute Crème de vase , Sédiment consolidé

22 Export / sédimentation 24 F eau = 29,6 km 3 F MES ~ 1,5 Mt S>2 gradient salinité S<2 S= , coprécipitation sorption dégradation MOP floculation MOD estuaire fluvial 8,6 dégradation MOP ,4 Export? Thèse Aymeric Dabrin 13 oxydation sulfures sédiment dragué flux diffusif, ZTM Phase particulaire,3 Phase dissoute eau interstitielle (marée) Crème de vase ? Sédimentation et séquestration Sédiment consolidé

23 Cartographie métallique : outil de gestion Carte provisoire Mission SWAM GIMET CAR3 CAR4 METOGIR REAGIR4 GMC3 GMC4bis Date Mai et juin 1998 Mars, juin, sept. 21 Mai 23 Novembre 24 Juillet 25 Novembre 25 Mars 27 Octobre 27 Total Nb éch

24 Conclusions et perspectives Flux net annuel Cu moyen ( ) : dissous : t (moy : 36 t) particulaire :? Flux brut annuel Cu moyen ( ) : - dissous : 1-6 t (moy : 3 t) - particulaire : 4-22 t (moy : 13 t) Sédiment : source de Cu dissous Floculation de Cu Addition de Cu (<,2 µm) Dordogne/Isle estuaire Identifier et quantifier les sources de Cu intra-estuariennes estuaire fluvial Vigne : source de Cu Garonne