Etude de la composition chimique de la fraction dissoute des eaux de ruissellement du bassin versant minier de Poro Université de la Nouvelle-Cal Calédonie-Laboratoire PPME Peggy Gunkel-Grillon Grillon et Christine Laporte-Magoni Séminaire Province Nord: 19, 20 et 21 juin 2013
Les activités du PPME PPME EA 3325 Pôle Pluridisciplinaire de la Matière et de l'environnement Site : http://ppme.univ-nc.nc nc.nc Directrice : Nazha Selmaoui-Folcher 16 EC permanents, 1 IR, 2 Techniciens: 3 équipes 16 EC permanents, 1 IR, 2 Techniciens: Physique-Chimie : 7 EC permanents, 3 doctorants Informatique : 4 EC permanents, 1 CR (CNRS), 2 doctorants, 2 post-docs Géologie : 2 EC permanents, 3 doctorants, 1 post-doc Quelques autres exemples d d activités Projet ANR Informatique (coordinateur PPME) Projet ANR Physique 2 projets MOMs Physique-Chimie (coordinateur PPME) 1 Xstrata Physique-Chimie (coordinateur PPME) 1 Fonds Pacifique Physique-chimie (coordinateur PPME) 2
Contexte de l étude: Travaux de recherche effectués dans le cadre du projet CNRT «Fonctionnement des petits Bassins Versants Miniers», volet 3 «chimie des eaux», 2010-2014 Caractéristiques de l exploitation minière en Nouvelle-Calédonie mines à ciel ouvert fortes pentes, sol nu localisation en bord de mer et proche de zones habitées Risques environnementaux associés population écosystèmes des cours d eau écosystèmes marins
Impact des activités minières sur les eaux visible à l œil nu: transport solide exacerbé lors de fortes pluies eaux rouges Rivière et plage du village de Poro avant et après une forte pluie (mars 2011) Qu en est-il de la fraction dissoute non visible à l œil nu? Fraction dissoute 0,45µm Fraction particulaire? Eaux rouges lors des pluies
Importance environnementale de la fraction dissoute Les espèces dissoutes sont facilement assimilables par les organismes vivants Les espèces métalliques sont potentiellement toxiques La bioassimilation des espèces métalliques et leur toxicité dépend de la leur spéciation Transporteur membranaire Membrane plasmique Milieu intracellulaire Influence de la composition de l eau sur la toxicité du nickel (Ni) (I. Worms, 2007)
La problématique scientifique: Quelle est la composition chimique des eaux de ruissellement des bassins versants miniers? Est-ce que cette composition chimique évolue sur le parcours? Quelle est la spéciation des éléments métalliques dissous? M n+ : métal libre cad Ni 2+, Co 2+, Al 3+,. Etat d oxydation de M: exemple du chrome Cr(III)=Cr 3+ Cr(VI)=CrO 2-4 ML: métal complexé avec L un ligand organique ou inorganique L peut être un ligand organique naturel : matière organique L peut être un ligand inorganique naturel : OH -, Cl -, HPO 2-4,CO 2-3, CrO 2-4,.. Ni(OH) 2 aq, NiCl +, NiCrO 4 aq..
Echantillonnage sur le site de Poro mars-avril 2011 Résurgence Exutoire pluviométrie cumulée 48h mm 14-mars 27 05-avr 62,5 16-avr 168 29-avr 6 29-avr 135 Rivière du village Embouchure
Résultats Evolution de la conductivité électrique: CE Conductivité électrique en µs/cm 100000 10000 1000 100 10 1 Résurgence Exutoire Rivière Embouchure 0 50 100 150 200 Pluviométrie cumulée, 48h, en mm Au niveau de l embouchure: nette augmentation puis diminution importante pour les «fortes» pluies En amont de l embouchure la tendance est moins prononcée Pour les «fortes pluies» la conductivité électrique est significativement inférieure dilution Conclusion : présence d effets antagonistes sur les concentrations en solutés
Réactions susceptibles de modifier la composition chimique des eaux de ruissellement? Dilution Précipitation Redox Solubilisation/désorption (MES) M aq M aq M aq M (s) M ox +ne - M red M M ads M aq M aq [M aq ] [M aq ] Chimie totale des sédiments /MES (fluorescence X) 53% 3% 14% 2% 1% Décanteur amont 2% 25% MgO Al2O3 SiO2 CaO TiO2 Cr2O3 MnO Fe2O3 NiO 40% 1% 3% 2% 18% 34% 2% Exutoire aval MgO Al2O3 SiO2 CaO TiO2 Cr2O3 MnO Fe2O3 NiO 69% 1% 7% 3% Embouchure 10% 9% 1% MgO Al2O3 SiO2 CaO TiO2 Cr2O3 MnO Fe2O3 NiO Espèce métallique la plus soluble : MgO Espèce métallique majoritaire Fe 2 O 3 puis NiO ou Cr 2 O 3 puis Al 2 O 3 et MnO
Evolution de la concentration en chrome dissous concentration en mg/l 2,4 2,1 1,8 1,5 1,2 0,9 0,6 0,3 0,0 Résurgence 0 50 100 150 200 Pluviométrie cumulée, 48 h, (mm) Cr(VI) Cr(III) Cr total concentration en mg/l 1,2 0,9 0,6 0,3 0,0 Exutoire Cr(VI) Cr(III) Cr total 0 50 100 150 200 Pluviométrie cumulée, 48 h (mm) concentration en mg/l 1,2 0,9 0,6 0,3 0,0 Rivière Cr(VI) Cr(III) Cr total 0 50 100 150 200 Pluviométrie cumulée, 48 h (mm) concentration en mg/l 0,6 0,3 0,0 Embouchure 0 50 100 150 200 Pluviométrie cumulée, 48 h (mm) Dilution au niveau de la résurgence Solubilisation et/ou désorption à partir de l exutoire Cr(VI) Cr(III) Cr total
Conclusion préliminaire Les concentrations en chrome sont préoccupantes, la mine est une source importante de Cr en solution et principalement sous forme Cr(VI). 2 CrO + H O + e Cr( OH ) + 5OH 4 MO Red MO Ox Les concentrations en espèces dissoutes varient da manière significative le long du parcours du bassin versant minier et lors des précipitations. 2 3 3 Il a a bien des effets antagonistes qui rendent difficile l interprétation des résultats et l étude de la fraction en solution ne peut se faire sans l étude de la réactivité des matières en suspension Pour cette étude, la concentration en carbone organique dissous est très faible ou non mesurable les réactions de complexation avec des ligands organiques sont négligeables
Perspectives Les principaux ligands inorganiques mesurés sont les ions chromates, chlorures et hydroxydes les calculs de spéciation des éléments métalliques restent à réaliser Etude des réactions de lixiviation des sédiments et matières en suspension 1 thèse sur la géochimie des sédiments et matières en suspension a débuté en mars 2013: thèse de M elle Aurélie Boula