REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou Faculté des sciences biologique et sciences agronomique Mémoire En vue de l obtention du diplôme de Magister en sciences Biologiques Spécialité : Écologie Végétale Appliquée et Gestion de l Environnement Thème Étude pédologique et floristique de différents sols selon un gradient de pollution Présenté par : Walid NEMER Devant le jury d examen composé de : Promotrice : Mme. Sadoudi Ali Ahmed- Djamila Professeur UMMTO Président : Melle HANNACHI Lynda Maître de conférences UMMTO Examinateur : Mme SMAIL-SAADOUN Noria Professeur UMMTO Examinateur : Mme MESSOUS-ALKAMA Nora Maître de conférences UMMTO 2015
Remerciements Au terme de ce travail, il m est agréable d exprimer ma profonde reconnaissance et ma gratitude aux personnes qui ont contribué à faciliter ma tâche et la mener à bien. Je tiens à remercier tout d abord Mme Ali Ahmed-Sadoudi Djamila, Professeur à l UMMTO, responsable du programme de Magister, qui m a encadrée tout au long de ce travail en me faisant bénéficier de ses connaissances scientifiques et de ses conseils. Je lui exprime ma profonde gratitude pour l aide qu elle m a fournie pour la réalisation de ce travail, qu elle trouve ici l expression de mon profond respect et de ma sincère reconnaissance. Je remercie Melle HANNACHI LyndaMaître de conférences «A» à l UMMTOpour l honneur qu elle me fait d avoir acceptée de juger ce travail et présider le jury de ce mémoire. Je la remercie aussi autant que mon professeur pendant tant d années pendant lesquelles elle n a ménagé aucun effort pour notre formation. Merci àmme SMAIL-SAADOUN Noria, Professeur à UMMTO, de m avoir fait l honneur de se joindre au jury. Je tiens à la remercier encore plus pour son soutien infaillible et son aide pendant la détermination des espèces durant ce travail. Elle a toujours répondu positivement à mes questions et m a encouragé sans cesse. Je remercie vivement Mme MESSOUS-ALKAMA Nora Maître de conférences «A» à l UMMTO d'avoir acceptée de juger ce travail. Nombreux sont ceux qui n ont épargné aucun effort pour mener à bien ce travail, je ne saurais oublier de remercier Mr. Matna B, Mr Laribi, Mr Asla T, et M. Benghanem Nabil Abdel Kader, enseignants à l Université de Mouloud MAMMERI Tizi Ouzou, pour leurs aides et leurs soutiens moraux, leurs connaissances et leurs conseils, ainsi que leurs expériences ont été pour moi une base précieuse à l aboutissement de ce travail. Je dois également remercier l ensemble de personnelles de laboratoire de pédologie à l institut nationale des recherches forestières, Bainam (Alger) pour leurs accueilles et leurs sympathie. J'exprime toute ma reconnaissance à toutes les personnes qui à un moment ou un autre, sesont intéressées à mes recherches, et pour ne pas oublier personne, Je tiens juste à dire à tous mes amis, collègues etenseignants (UMMTO, NovoNordisk) merci beaucoup.
Dédicaces À mes très chers parents À mes frères et sœurs À mes amis
Liste des figures Figure Titre Page Figure 1 les constituants d un sol(lemière et al., 2000). 05 Figure 2 Composante de l essence (Marchal et al., 2003) 10 Figure 3 composante de gazole (Marchal et al. 2003) 10 Figure 4 Devenir d un polluant dans un sol (Lemière et al., 2000) 15 Figure 5 Localisation géographique des stations d étude (wikipedia, 2014) 26 Figure 6 Températures moyennes mensuelles de la région d Aghribs durant la période (1973 à 1993) (O.N.M, 28 Tizi-Ouzou) Figure 7 Températures moyennes mensuelles de la région de Frèha après extrapolation durant la période 29 (1918-1951) (O.N.M, Tizi-Ouzou) Figure 8 Précipitations moyennes mensuelles de la région d Aghribs durant la période (1973 1993) (ANRH, 30 Tizi-Ouzou) Figure 9 Précipitations moyennes mensuelles est annuelles de Freha obtenus après extrapolation durant la 31 période (1973 1993) (ANRH, Tizi-Ouzou) Figure 10 Diagramme Ombrothermique de bagnouls et Gaussen pour la station de Freha 32 Figure 11 Diagramme Ombrothermique de bagnouls et Gaussen pour la station d Aghribs 33 Figure 12 Position des deux stations d études sur le climagramme d emberger. 34 Figure 13 Schémas synoptique du travail effectué. 39 Figure 14 Schéma illustrant la répartition spatiale des points de prélèvement du sol dans une station 40 Figure 15 Schéma illustrant les échelles de perception de l échantillonnage jusqu à l analyse 41 Figure 16 Sous placette de prélèvement des échantillons de sol 41 Figure 17 Triangle de texture selon (Godwin et al., 2013) 43 Figure 18 Schémas de la méthode d échantillonnage de la végétation dans une station (Original, 2014) 49 Figure 19 Stratification des zones selon la densité de la végétation le long d un transect (Original., 2014) 49 Figure 20 Photos d un quadra 51 Figure 21 Composition granulométrique du sol de la station de Tawrirt selon le gradient de pollution. 56 Figure 22 Composition granulométrique de la station d AgouniOucharki selon le gradient de pollution 57 Figure 23 Composition granulométrique de la station de Frèha selon le gradient de pollution 57 Figure 24 Le taux de la matière organique des trois stations d étude 59 Figure 25 Le rapport C/N des trois stations 60 Figure 26 Le taux d Humidité des trois stations 61 Figure 27 Le taux de PH des trois stations 62 Figure 28 Le taux de calcaire des trois stations 62 Figure 29 Le taux de l Azote des trois stations 63 Figure 30 Le taux de phosphore des trois stations 64 Figure 31 Le taux de C.E.C des trois stations 64 Figure 32 Variation du nombre d espèces sur chaque transect dans les trois stations et pendant les trois périodes 66 d étude Figure 33 Les valeurs des indices de Shannon 71 Figure 34 La moyenne des indices de diversités β 73 Figure 35 AFC du prélèvement de décembre 76 Figure 36 AFC du prélèvement de Mars 78 Figure 37 AFC du prélèvement de Mai 79
Liste des tableaux Tableau Titre Page Tableau 01 Les types des pores 06 Tableau 02 Caractéristiques physico-chimiques du gazole et de l essence 13 Tableau 03 Températures maximales et minimales de la région d Aghribs durant la période allant de 1973 à 28 1993 (ONM, Tizi-Ouzou) Tableau 04 Températures maximales (M) et minimales (m) de région de Frèha durant 29 la période après extrapolation Tableau 05 Précipitations moyennes mensuelles au niveau de la région d Aghribs de 1973 à 1993 (ANRH, 30 Tizi-Ouzou) Tableau 06 Précipitations moyennes mensuelles est annuelles de Frèha durant la période (1973 1993) 31 (ANRH, Tizi-Ouzou) Tableau 07 Q2 d emberger calculé pour les deux régions d étude et l étage bioclimatique correspondant 34 Tableau 08 Classification des textures des différents sols selon le triangle des textures (INITA, 2000) 58 Tableau 09 La richesse spécifique de chaque relevé. 65 Tableau 10 Résultats des tests Anova sur la richesse spécifique pour les trois périodes 66 Tableau 11 Résultats de test de Newman et Keuls 67 Tableau 12 Les groupes homogènes 68 Tableau 13 Nombre d individus des relevés 69 Tableau 14 Résultats des tests Anova pour les trois périodes 69 Tableau 15 Résultats de test de Newman et Keuls 70 Tableau 16 Résultats de classement des espèces selon leurs fréquences 70 Tableau 17 Anova de l indice de Shannon pour les trois périodes 72 Tableau 18 Résultats de test de Newman et Keuls 73 Tableau 19 Valeurs des Indices d équi-épartition 74
Sommaire Introduction... Erreur! Signet non défini. Chapitre I : Synthèse bibliographique... Erreur! Signet non défini. 1. Le sol... Erreur! Signet non défini. 1.1. Définitions... Erreur! Signet non défini. 1.1.1. Définition générale... Erreur! Signet non défini. 1.1.2. Définition écologique... Erreur! Signet non défini. 1.2. Origines de la diversité des sols... Erreur! Signet non défini. 1.3. Les constituants du sol... Erreur! Signet non défini. 1.3.1. La fraction minérale... Erreur! Signet non défini. 1.3.2. La fraction organique... Erreur! Signet non défini. 1.4. Les propriétés du sol... Erreur! Signet non défini. 1.4.1. Propriétés physiques... Erreur! Signet non défini. 1.4.2. Les propriétés chimiques... Erreur! Signet non défini. 2. Les rejets des stations-services... Erreur! Signet non défini. 2.1. Définitions... Erreur! Signet non défini. 2.2. La composition des rejets des stations-services... Erreur! Signet non défini. 2.2.1. Les carburants... Erreur! Signet non défini. 2.2.2. Les lubrifiants... Erreur! Signet non défini. 2.2.3. Huiles usées... Erreur! Signet non défini. 2.2.4. Diluants à solvants... Erreur! Signet non défini. 2.2.5. Agents modifiants... Erreur! Signet non défini. 2.2.6. Les Métaux lourds... Erreur! Signet non défini. 2.3. Les propriétés physico-chimiques des polluants... Erreur! Signet non défini. 2.3.1. Les hydrocarbures aromatiques monocycliques BTEXsErreur! Signet non défini. 2.3.2. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques HAPsErreur! Signet non défini. 2.3.3. Additifs oxygénés:... Erreur! Signet non défini. 2.3.4. Lubrifiants... Erreur! Signet non défini. 3. Devenir des hydrocarbures dans l'environnement... Erreur! Signet non défini. 3.1. Évaporation... Erreur! Signet non défini. 3.2. Solubilisation... Erreur! Signet non défini. 3.3. Emulsification... Erreur! Signet non défini. 3.4. Sédimentation... Erreur! Signet non défini. 3.5. Photo-oxydation... Erreur! Signet non défini. 3.6. La biodégradation... Erreur! Signet non défini. 4. Conditions optimales de dégradation... Erreur! Signet non défini. 5. Le déplacement des polluants... Erreur! Signet non défini. 6. Interactions bio-physico-chimiques (rhizosphère)... Erreur! Signet non défini.
Sommaire 7. Action des hydrocarbures sur les végétaux... Erreur! Signet non défini. 7.1. Modifications écologiques... Erreur! Signet non défini. 7.2. Gisements naturels... Erreur! Signet non défini. 7.3. Effets sur la végétation dormante... Erreur! Signet non défini. 8. Action des hydrocarbures sur les sols... Erreur! Signet non défini. 8.1. Transformation d'ordre physique du sol... Erreur! Signet non défini. 8.2. Transformation chimique dans le sol... Erreur! Signet non défini. Chapitre II : Milieux d étude... Erreur! Signet non défini. 1. Présentation de la région d Aghribs... Erreur! Signet non défini. 1.1. Situation géographique et limites administratives... Erreur! Signet non défini. 1.2. Relief et pentes... Erreur! Signet non défini. 1.3. Couvert végétal... Erreur! Signet non défini. 2. Présentation de la région de Fréha... Erreur! Signet non défini. 2.1. Situation géographique et limites administratives... Erreur! Signet non défini. 2.2. Relief et pentes... Erreur! Signet non défini. 2.3. Le couvert végétal... Erreur! Signet non défini. 3. Les caractéristiques climatiques... Erreur! Signet non défini. 3.1. Les températures... Erreur! Signet non défini. 3.1.1. Les températures moyennes mensuelles d Aghribs... Erreur! Signet non défini. 3.1.2. Les températures moyennes mensuelles de Freha... Erreur! Signet non défini. 3.2. Précipitations... Erreur! Signet non défini. 3.2.1. Précipitations moyennes mensuelles au niveau d AghribsErreur! Signet non défini. 3.2.2. Précipitations moyennes mensuelles au niveau de la région de FrehaErreur! Signet non défini. 4. Synthèse climatique... Erreur! Signet non défini. 4.1. Diagramme Ombrothermique de Bagnouls et Gaussen... Erreur! Signet non défini. 4.2. La détermination du bioclimat des deux stations d études Aghribs et Freha.Erreur! Signet non défin Chapitre III : Matériels et Méthodes... Erreur! Signet non défini. 1. Introduction... Erreur! Signet non défini. 2. Étude pédologique... Erreur! Signet non défini. 2.1. Enquête préalable... Erreur! Signet non défini. 2.2. Dispositif de prélèvement... Erreur! Signet non défini. 2.3. Choix et méthode d échantillonnage... Erreur! Signet non défini. 2.4. Analyse des échantillons... Erreur! Signet non défini. 2.4.1. Analyses physico-chimiques... Erreur! Signet non défini. 3. Étude floristique... Erreur! Signet non défini. 3.1. Échantillonnage... Erreur! Signet non défini. 3.1.1. Comment faire un transect... Erreur! Signet non défini. 3.1.2. Dimension des transects... Erreur! Signet non défini.
Sommaire 3.1.3. Le nombre de transects... Erreur! Signet non défini. 3.1.4. La disposition des transects et leur emplacement... Erreur! Signet non défini. 3.1.5. Relevé floristique... Erreur! Signet non défini. 3.1.6. Taille du relevé... Erreur! Signet non défini. 3.2. Collecte des données... Erreur! Signet non défini. 4. Analyse des données.... Erreur! Signet non défini. 4.1. Richesse spécifique... Erreur! Signet non défini. 4.2. L abondance... Erreur! Signet non défini. 4.3. Fréquence... Erreur! Signet non défini. 4.4. L'indice de Shannon... Erreur! Signet non défini. 4.5. Indice de diversité β... Erreur! Signet non défini. 4.6. Indice d équi-répartition... Erreur! Signet non défini. 5. Traitement des données... Erreur! Signet non défini. Chapitre IV : Résultats et discussions... Erreur! Signet non défini. 1. Étude pédologique... Erreur! Signet non défini. 1.1. l analyse granulométrique... Erreur! Signet non défini. 1.2. L humidité (teneur en eau)... Erreur! Signet non défini. 1.3. Études physico-chimique... Erreur! Signet non défini. 1.3.1. La matière organique (M.O)... Erreur! Signet non défini. 1.3.2. L Azote... Erreur! Signet non défini. 1.3.3. Le rapport C/N... Erreur! Signet non défini. 1.3.4. Le ph... Erreur! Signet non défini. 1.3.5. Calcaire total... Erreur! Signet non défini. 1.3.6. Le phosphore... Erreur! Signet non défini. 1.3.7. La CE... Erreur! Signet non défini. 2. L Étude floristique... Erreur! Signet non défini. 2.1. Richesse spécifique... Erreur! Signet non défini. 2.2. L abondance... Erreur! Signet non défini. 2.3. Fréquence... Erreur! Signet non défini. 2.4. L'indice de Shannon... Erreur! Signet non défini. 2.5. Indice de diversité β... Erreur! Signet non défini. 2.6. Indice d équi-répartition... Erreur! Signet non défini. 3. Analyse Factorielle des Correspondances (AFC)... Erreur! Signet non défini. 3.1. AFC de prélèvement de décembre... Erreur! Signet non défini. 3.2. AFC du prélèvement de Mars... Erreur! Signet non défini. 3.2. AFC du prélèvement du Mai... Erreur! Signet non défini. 4. Discussion... Erreur! Signet non défini. 4.1. Apport de l étude pédologique... Erreur! Signet non défini.
Sommaire 4.2. Apport de l étude floristique... Erreur! Signet non défini. Conclusion et perspectives... Erreur! Signet non défini. Références bibliographiques Erreur! Signet non défini.
Introduction Introduction Le sol est un élément naturel. Il est constitué de minéraux et de matières organiques. Ces derniers sont issus du recyclage de la matière solide pendant un long processus complexe qui est la modification de la croûte terrestre (Winegarder, 1995). Il est l interface à laquelle toutes les forces agissent pour produire un milieu de matériaux non consolidés qui agit comme un environnement pour d'autres changements et développements suivant le rythme de l'évolution du système terrestre dans son ensemble. Le sol constitue le biotope d innombrable organismes et végétaux sans défaire de son rôle dans le cycle universel de flux de matière entre les quatre principales géosphères (atmosphère, lithosphère, hydrosphère et biosphère) (Mirsal, 2004). Pour cette raison, certains auteurs considèrent le sol comme un géosphère à part entière, auquel ils ont attribué le nom de Pédosphère. Malheureusement la pédosphère est considéré comme un réceptacle illimité destiné à accueillir les pollutions générées par les différentes activités anthropogéniques. La problématique de la pollution des sols et en particulier la pollution ponctuelle n est pas prise en compte dans le monde ou tardivement dans les pays développés malgré les conséquences négatives que cette pollution peut avoir sur l environnement, et sur l équilibre des écosystèmes (Winegarder, 1995). En effet, de nombreux dégâts réels ont été constatés lors d accidents (fuite de pétrole etc.), de rejets ou de déversements volontaires entraînant des catastrophes écologiques irréversibles (Soltani, 2004). Compte tenu des limites présentées par les analyses physico-chimiques et pour comprendre l impact d une pollution sur un écosystème, il est nécessaire de faire appel aussi à des moyens biologiques pour surveiller les effets de cette pollution, Le recours aux végétaux présente l intérêt d observer la vie sous ses différentes formes et permet de servir, dans les conditions de perturbation, de signal d alarme (Remon., 2006). Le développement de la bio-indication ouvre ainsi la voie à une surveillance écologique plus large intégrant les effets sur l environnement. C est dans ce contexte et dans le cadre de projet pathologie des écosystèmes que s insère notre travail qui est une étude synchronique et diachronique qui consiste à utiliser la spatialisation de dépôt de la pollution, afin de voir s il y a des modifications pédologiques et d établir ainsi des relations entre celle-ci et l impact sur la végétation. -1-
Introduction Dans le cadre de cette étude nous nous somme intéressé à la pollution des sols par les rejets des stations-service, trois station ont été choisis, à partir du point d émission, on échantillonne la végétation et le sol à des distances croissantes. L objectif est de voir l incidence des rejets de ces stations sur les caractéristiques physicochimiques des sols et les modifications de la composition floristique qui va avec. Pour ce faire nous avons choisi trois stations-services, deux dans la région d Aghribs (Tawrirt et Agouni Ocharki) et une station à Fréha, dont les rejets sont directement versés dans la nature, ce qui nous permet d estimer son impact en utilisant une méthode adoptée par Dazy (2008) pour étudier l effet des métaux lourds sur le sol et les communautés végétales autour d une usine de métallurgie. Sa méthode consiste à appliquer les lois phytosociologie sur la végétation herbacée et à des échelles très petites soumises à un des gradients de pollutions. Et la comparaison de communautés se développant sur des sols témoin et pollué suggère qui suggère une phytotoxicité du sol industriel conduisant à des pertes de richesse et diversité spécifiques. Néanmoins, ces différences semblent s estomper au fur et à mesure du processus de colonisation. Nous avons effectué des compagnes d échantillonnage des sols et de la flore selon des gradients crées par les dits rejets des stations-services. Le présent mémoire se subdivise en quatre chapitres, Un premier chapitre est une synthèse bibliographique sur la problématique abordée dans ce travail, une partie consacré aux généralités sur les sols et la pollution, une autre consacré particulièrement au phénomène de la pollution émises par les stations-service et ses caractéristiques, et enfin nous avons abordé le devenir et l impact de ce type des polluants sur les sols et les végétaux ; Un deuxième chapitre est consacrée à la localisation et la description des milieux d étude d une manière générale ; Un troisième chapitre est consacré à la description de la méthodologie utilisée pour l étude pédologique, floristique et la récolte des données. Cette méthode est inspirée des travaux réalisés par Dazy en 2008, lors de ses études sur l impact des métaux lourds sur les sols et les communautés végétale aux alentours des usines de métallurgie. Un quatrième et dernier chapitre est consacré aux résultats obtenus et leurs discussions. Notre mémoire se terminera par une conclusion générale consistant en une synthèse de l essentiel des résultats et des perspectives. -2-
-3- Introduction
Chapitre I Synthèse bibliographique Chapitre I : Synthèse bibliographique
Chapitre I Synthèse bibliographique 1. Le sol 1.1. Définitions 1.1.1. Définition générale La lithosphère se subdivise en couches horizontales successives aux caractéristiques physiques, chimiques et biologiques spécifiques (Winegardner., 1995). Il assure différentes fonctions, du point de vue de l histoire et de l utilisation des sols ainsi que d une perspective écologique et environnementale, le concept de sols enlace également les roches poreuses sédimentaires, les autres matériaux perméables, en plus de l eau qu ils contiennent et des réserves d eau souterraine (Camuzard, 2005). 1.1.2. Définition écologique Écologiquement, le sol est un milieu tri-phasique avec (i) une phase solide, minérale et organique, comprenant les éléments constituant la structure du sol, (ii) une phase liquide avec des éléments dissous «la solution du sol» et en fin (iii) une phase gazeuse remplissant les pores vides. Ce milieu, poreux, hautement réactif vis à vis de la phase liquide et intégrant des fractions présentant les propriétés des substances colloïdales est un lieu d échanges fonctionnant comme un réacteur chimique. Grâce au pouvoir adsorbant du sol et de ses capacités d échanges, il constitue le milieu nutritif essentiel des écosystèmes terrestres. Il demeure aussi le lieu privilégié des fonctions bio-transformatrices des écosystèmes, au regard du stockage et de la dynamique des flux du carbone et de l azote mais aussi au regard de l altération des minéraux donc des processus initiateurs de la pédogenèse, grâce à l activité des microorganismes (Berthelin, 1998 in Camuzard., 2005). 1.2. Origines de la diversité des sols Les sols résultent de transformations affectant les matériaux de l écorce terrestre. Les climats successifs, l activité biologique et l homme en sont les agents directement responsables ; leur effet dépend non seulement de la nature des roches et de leurs formations dérivées, mais aussi du relief et de la migration de la matière à l état de solution ou de suspension dans l eau (Mirsal, 2004). L organisation originelle des matériaux géologiques disparait pour laisser place à une organisation entièrement nouvelle d origine pédologique. Force est de constater que les sols actuels sont essentiellement un héritage du passé. Le processus de différentiation d un sol au dépend d un matériau géologique est connu sous la dénomination de pédogenèse ; les facteurs de cette pédogenèse sont ; les matériaux -5-
Chapitre I Synthèse bibliographique originels, le climat, le relief, l occupation végétale, le facteur temps et essentiellement les influences anthropique (Mirsal., 2004). 1.3. Les constituants du sol Le sol est en majeure partie constitué en masse, comme en volume, de particules minérales de taille et de nature minéralogique différentes. Secondairement, il est formé de constituants organiques allant de fragments de végétaux ou d animaux à des macromolécules organiques complexes (Stengel., 2009). Le sol est un corps vivant composé de deux fractions : 1.3.1. La fraction minérale La fraction minérale est principalement constituée de minéraux primaires (quartz, micas, feldspaths ) et de minéraux secondaire, les oxydes métalliques ou les argiles (Duchaufour., 2001). Mirsal (2004) rapporte que la fraction minérale n intervient pas ou peu dans la sorption des polluants organiques sauf quand la teneur en carbone organique du sol est faible. 1.3.2. La fraction organique La fraction organique est formée en grande partie de cellulose, d hémicellulose, de lignine et de tanins en plus faibles pourcentages, venant de la matière décomposée. Cette matière organique contient également de petites quantités de protéines et des fragments d hydrates de carbone, des composés aminés, phénoliques ou aromatiques issus de l activité biologique (Mirsal., 2004). Gabet (2004) atteste que cette fraction intervient fortement dans la sorption des composés organiques tels que les HAP (hydrocarbure aromatique polycyclique). Figure 01 : les constituants d un sol (Lemière et al., 2000). -6-
Chapitre I Synthèse bibliographique 1.4. Les propriétés du sol La reconnaissance des sols est basée sur l identification de leurs paramètres physicochimiques. Le mode de regroupement et d assemblage des différentes particules qui les constituent, leur donne une texture et une structure caractéristique (Duchaufour., 1994). 1.4.1. Propriétés physiques Organisation des particules : structure, aération La structure désigne le mode d assemblage des particules ; elle s observe et se décrit à deux niveaux : à l échelle macroscopique observable a l œil nu et à l échelle microscopique (microstructure ou micromorphologie). La structure détermine la répartition dans l espace de la matière solide et des vides (pores) dont certains sont occupés par l eau, d autres les plus grossiers, par de l air (Tableau 01). Cette répartition conditionne l ensemble des propriétés physiques fondamentales du sol : aération et possibilités de respiration des racines, rétention, par les forces capillaires, d une réserve d eau utilisable par les plantes, en période sèche, etc. (Duchaufour., 1994). Tableau 01 : les type des pores (Duchaufour., 1994). Les pores Taille des diamètres Caractéristiques Les pores grossiers d>50 Um Occupé par l air Les pores moyens d =50 Um à 10 Um Tantôt occupé par l eau, tantôt par l air suivant les conditions météorologique Les pores fins d =10 Um à 0,2 Um Retient l eau capillaire Les pores très fins D< 0,2 Um Occupé par l eau liée non absorbable par les racines Le complexe argilo humique joue un rôle structural. Ce rôle est plus ou moins important selon les teneurs en eau du sol et varie en fonction du type et la teneur en argile. La matière organique augmente la stabilité des agrégats. Une mauvaise structure peut donc empêcher l écoulement des eaux dans le sol et les échanges gazeux entre le sol et l atmosphère (Calvet.,2003). Une bonne structure va assurer une grande facilité de circulation d eau, donc laisse s écouler l excès, assure une bonne aération des racines, une bonne germination, une pénétration profond des racines et une bonne exploration par les racines des ressources nutritive du sol (Soltner., 2000). -7-
Chapitre I Synthèse bibliographique La texture La texture du sol est à la base (presque) de toutes les autres propriétés. C est la propriété du sol qui traduit de manière globale la composition granulométrique de la terre fine (Gobat et al., 2010). La texture constitue un caractère fondamental du sol, car elle influe sur : La perméabilité du sol à l eau et à l air Redliche & verdure dans leur revue en 1975 parlent de l indépendance du taux de la matière organique et la perméabilité. Le critère retenu pour mesurer la perméabilité est la vitesse de percolation de l eau exprimée en cm 3 /heures. Le taux élevé de matière organique n implique pas forcément une bonne perméabilité. Cependant, son degré de décomposition a une influence sur cette dernière : plus la matière organique est décomposée, plus la perméabilité est faible et vice versa (Redlich & Verdure., 1975). La rétention de l eau Sous forme de vapeur et de liquide, l eau occupe environ un quart du volume d un sol. Quand ce dernier est saturé, l eau qui percole à travers une tranche du sol le fait sous l influence de la gravité (Koller, 2004). La teneur en air est complémentaire de la teneur en eau, puisque ces deux fluides se partagent l espace interstitiel (Blanc., 1985). 1.4.2. Les propriétés chimiques Le ph Le ph est défini comme le logarithme décimal de la concentration d une solution en ion H +. Il permet d approfondir les modalités d interaction entre les ions et les surfaces absorbantes du sol (Mirsal., 2004). La capacité d échange cationique (CEC) La capacité d échange cationique (CFC) est la capacité à fixer de façon réversible les cations échangeables (Li +, Na +, K +, Mg ²+, Ca² +, Al 3+ ) (Baize., 2004). Les cations sont liés aux feuillets d argile par des forces de nature électrostatique et possèdent la propriété d être échangeables. Ces cations échangeables se fixent à la surface des feuillets et assurent la liaison entre eux. L intensité de ces liaisons dépend de la valence de ces cations, qui est probablement le facteur déterminant dans la capacité d échange ou de remplacement des cations plus élevé qui peuvent remplacer facilement les cations de valeurs plus faibles (Calvet., 2003). -8-
Chapitre I Synthèse bibliographique Par ordre de capacité de remplacement croissante, les ions se classent comme suit : Li + <Na + <H + <NH4 + <K + <Mg 2+ <Ca 2+ <Al 3+ D après cette série, le lithium est le plus facile à remplacer alors que l aluminium est le plus difficile (Calvet.,2003). Calcaire actif La fraction de calcaire d un sol capable de libérer assez facilement du calcium est appelée calcaire actif. Une terre peut être riche en calcaire total et relativement pauvre en calcaire actif. L excès de calcaire actif nuit à certaines plantes. On considère généralement que des problèmes sérieux peuvent commencer à apparaître à partir de teneurs en calcaire actif voisines de 50 pour mille (Pousset., 2000). Matière organique (MO) Les classes d appréciation de la teneur du sol en matière organique sont réalisées en fonction du taux d argile. En effet, la matière organique améliore la structure et diminue l érosion du sol, a un effet régulateur sur sa température, permet au sol de stocker davantage d eau et représente aussi un milieu de culture pour les organismes vivants, contribuant ainsi à améliorer significativement la fertilité du sol (Mirsal., 2004). Phosphore assimilable Le phosphore (P) est un élément essentiel de tous les organismes vivants. Chez les végétaux, il joue un rôle essentiel dans de nombreux processus biologiques comme la croissance, la photosynthèse et la fixation symbiotique de l azote atmosphérique, il représente souvent un facteur limitant, par suite de sa faible concentration dans les sols (Pousset., 2000). Azote Contrairement à la plupart des autres éléments présents dans le sol, l'azote ne provient jamais de l'altération des roches sur lesquelles se sont élaborés les sols au cours du temps. L azote est souvent le nutriment limitant dans le sol. Il est recyclé plusieurs fois par les organismes avant son assimilation par la plante. Lorsqu on ajoute de l azote dans le sol, il faut le faire pour les microbes et non pour la plante. Il s agit toujours de petites quantités (10-20 U/ha) à mettre juste avant le démarrage de l activité des microbes (Mirsal., 2004). -9-
Chapitre I Synthèse bibliographique 2. Les rejets des stations-services 2.1. Définitions Les stations-services se définissent comme «l ensemble des installations et des activités destinées à stocker, et à transférer les hydrocarbures liquides à la pression atmosphérique de réservoirs de stockage fixes dans les réservoirs à carburant de véhicules routiers à moteur et, le cas échéant, dans des réservoirs mobiles (Maes et al., 2007). 2.2. La composition des rejets des stations-services Les polluants issues des stations-service sont d origine divers, Les micropolluants organiques (hydrocarbures, chlorofluorocarbones, bi-phényl-polychlorés, dioxines, furannes) ainsi que les produits lubrifiants (huiles, graisses, liquides de freins) et les métaux lourds sont omniprésents (Marchal et al, 2003). La présence d un type ou d un autre polluant n a pas du tout la même signification en termes des risques. Des travaux récents montrent que les HAPs, polluants caractéristiques des stations-services responsables de la toxicité sont les HAP nitrés, qui ne représentent qu une petite partie des HAP (Gabet., 2004). C est pourquoi il est très important d établir une caractérisation des polluants provenant des stations-service. Le phénomène de pollution des sols et des sous-sols provenant des stations-services se scinde en deux catégories: 1. D un côté, une pollution chronique se produisant sur une longue période et étant due le plus souvent à la corrosion des cuves et des canalisations enterrées et l évacuation des eaux de lavage et de vidange. 2. De l autre côté la pollution accidentelle due au déversement d hydrocarbure lors du remplissage des stocks de la station ou de la distribution de carburant. 2.2.1. Les carburants Essence et gazole Les carburants tels que l essence et le gazole sont stockés et vendus dans les stationsservices. Il s agit des mélanges complexes d hydrocarbures pétroliers. La composition en hydrocarbures dépend de divers facteurs comme l origine du pétrole brut soumis au raffinage et les conditions de raffinage (Marchal et al, 2003). En outre, divers additifs sont ajoutés en petites quantités (voire sous forme de traces) pour améliorer les propriétés techniques des carburants: produits antidétonants, antioxydants, -10-
Chapitre I Synthèse bibliographique antigels, substituts du plomb et colorants. Il est impossible de dresser une liste exhaustive des additifs. (Helmut., 2010). L essence est un liquide incolore ayant une odeur caractéristique. Elle peut être colorée en jaune. Elle se compose principalement de chaînes d hydrocarbures de 4 à 12 atomes de carbone. Le diesel se compose de fractions plus lourdes, principalement de chaînes d hydrocarbures de 10 à 28 atomes de carbone (Gabet, 2004). Toutefois, Piedrafita (2007) rapporte que l essence contient environ 230 hydrocarbures individuels tous identifiables et le gazole entre 2000 et 4000 hydrocarbures que sauf pour le cas des n-alcanes et quelques branches d hydrocarbures ne peuvent pas être identifiés comme des composants séparés.la proportion que les composants mentionnés représentent dans l essence et le gazole est différente comme le montre les figures ci-dessous. Figure 02 : Composante de l essence (Marchal et al., 2003). Figure 03: composante de gazole (Marchal et al. 2003). 2.2.2. Les lubrifiants -11-
Chapitre I Synthèse bibliographique Les huiles lubrifiantes pour moteurs d automobiles sont à la base d hydrocarbures extraits du pétrole et soigneusement raffinés, auxquels on ajoute divers additifs en teneur globale très variable, qui permettent d atteindre les spécifications d emploi des huiles finies. En service, l huile est polluée par l essence et les gaz de combustion qui apportent, entre autres, des drivés de plomb. Cette huile s oxyde partiellement. Néanmoins, cette détérioration du lubrifiant est un processus lent et la plus grande partie de la base hydrocarbonée de l huile reste inaltéré (Pierzynski et al, 2005). Les lubrifiants sont un mélange d huile de base et d additifs qui renforce les qualités naturelles de l huile. Elles peuvent être d origine minérale ou synthétique. Les bases minérales sont produites par le raffinage du pétrole brut et les bases synthétiques par synthèse chimique (Helmut., 2010). 2.2.3. Huiles usées L huile de moteur usagée Elle peut contenir des métaux lourds et des composants de HPAs. Ceux-ci sont de même nature que les huiles pour les moteurs. Ce qui les distingue des huiles de moteur c est essentiellement un cocktail d additifs et une viscosité plus élevée (Mohellebi et al., 1999). Graisses Un autre type de lubrifiant, mais solide, est constitué par les graisses. Elles sont composées d un lubrifiant liquide, d additifs et d un agent épaississant qui est généralement un savon métallique. Une graisse ordinaire peut avoir entre 5 et 20% d agent épaississant (acide gras par exemple d origine animale, hydroxyde métallique, calcium, lithium ou aluminium), 75 à 95% huile de graissage et entre 0 et 15% d additifs (Akoun et al. 1985). Liquides de freins Enfin, en ce qui concerne la composition des liquides de freins des voitures, au niveau mondial, et selon piedrafita (2007), quatre groupes de produits se sont imposés et servent en premier lieu de lubrifiants. Ces groupes sont les suivants : - Ethers de polyglycol avec/sans esters de borate ; - Huiles minérales ; - Esters de silicium ; - Huiles de silicone. 2.2.4. Diluants à solvants -12-
Chapitre I Synthèse bibliographique Un système de freinage, qui contiendrait uniquement de l'éther de polyglycol avec ou sans esters de borate, ne fonctionnerait plus à de basses températures en raison de la viscosité trop élevée. C'est pourquoi il est nécessaire de diluer le lubrifiant avec un produit à faible viscosité. Ce diluant doit dissoudre en plus tous les autres composants, de sorte qu'un système à phase unique est obtenu pour toutes les températures. Les éthers de glycol sont les diluants à solvants les plus utilisés (Piedrafit., 2007). 2.2.5. Agents modifiants Selon Piedrafita (2007), les agents modifiants sont ajouter pour contrôler certaines phénomènes mécanique sous l influence du liquide de frein et agissent comme solvants pour le lubrifiant et optimisent la compatibilité entre les liquides. 2.2.6. Les Métaux lourds La pollution par les hydrocarbures est souvent associée à une contamination par d autres polluants organiques et métalliques (éléments en trace métalliques ou ETM). Ces problèmes de multi-pollution sont encore assez mal étudiés en termes de devenir et de toxicité dans l environnement mais également en termes de méthodes de traitement de l ensemble de la contamination (Marchal et al, 2003). 2.3. Les propriétés physico-chimiques des polluants La connaissance des propriétés physico-chimiques des polluants est d une grande importance étant donné que cela va jouer dans les possibilités de leur transfert à travers les vecteurs. L ensemble des liquides contaminants provenant des stations-service sont des liquides visqueux à température ambiante. Ils sont peu solubles dans l eau et sont caractérisés par des densités plus faibles que l eau (Gabet, 2004). À part l essence et le gazole il faut tenir compte aussi de leur composants parce que les propriétés physico-chimiques de ces composants et les vecteurs de dispersion vont faire qu après un certain temps on ne retrouve plus l essence et le diesel tel quels mais seulement certains de leur composants. De plus les composés individuels ne réagissent pas toujours de la même façon qu au sein d un mélange (Marchal et al., 2003). La composition de l essence étant assez variable, par conséquent, on ne peut préciser ses propriétés physico-chimiques (Weissenfels et al., 1992). Le tableau ci-dessous montre les différences de certains paramètres physicochimiques entre l essence et le gazole. -13-
Chapitre I Synthèse bibliographique Tableau 02 : Caractéristiques physico-chimiques du gazole et de l essence GAZOLE ESSENCE Masse vol. (g/l) 820-845 720-775 Intervalle de distillation (C ) 150-360 30-210 Teneur en soufre (%) =< 0,005 =< 0,005 Teneur en oléfines (% vol.) / =< 18 Teneur en aromatiques (% vol.) 11 max. (en HAP) =< 35 Benzène 2.3.1. Les hydrocarbures aromatiques monocycliques BTEXs Dans les sols, le benzène est mobile. De par sa pression de vapeur et sa solubilité élevées, le benzène se volatilise à partir de la surface du sol, et il est entraîné vers les eaux superficielles par ruissellement et vers les eaux souterraines par lixiviation (Piedrafita et al., 2007). Toluène Il est moyennement mobile dans les sols, et peut ainsi atteindre les eaux souterraines. Il se volatilise donc rapidement à partir de l eau ou du sol (Piedrafita et al., 2007). Ethylbenzène La mobilité de l'éthylbenzène dans les sols est modérée. Compte tenu de sa constante de Henry 5, la volatilisation de l éthylbenzène dans les sols humides est un processus significatif (Koller., 2004). Xylène Les xylènes présents à la surface des sols sont pour la plus grande partie volatiles (Solano,.2001). 2.3.2. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques HAPs Les HAP purs sont des substances colorées et cristallines à température ambiante. Les propriétés physiques des HAP varient selon leur masse moléculaire et leur structure (Piedrafita et al., 2007). Naphtalène -14-
Chapitre I Synthèse bibliographique Il est peu soluble dans l eau. Il est relativement mobile dans le sol, et lixiviable (adsorption modérée). Le naphtalène est volatil. Son évaporation depuis la surface du sol est importante, de même à partir de l eau (Piedrafita et al., 2007). Anthracène L anthracène est peu à pas mobile dans les sols et peut facilement se volatiliser à partir des sols humides, son adsorption importante sur la matière organique peut cependant atténuer ce phénomène. Par contre, il ne se volatilise que très peu à partir des sols secs (Solano-Serena,.2001). Phénanthrène Le phénanthrène est très peu soluble dans l eau et peu mobile dans le sol, son adsorption est relativement importante, et il migre peu vers les eaux souterraines. La volatilisation du phénanthrène est peu importante (Piedrafita et al., 2007). Benzo(k)fluoranthène La volatilisation du benzo[k]fluoranthène à partir de sols humides ou secs n'est pas un processus significatif, Sa mobilité dans les sols est très modérée (Solano., 2001). Benzo (g h i) pérylène Dans le milieu aquatique, le benzo[g,h,i]pérylène est préférentiellement associé à la phase particulaire de la colonne d'eau ou du sédiment. Sa volatilisation à partir des eaux superficielles est faible (Solano., 2001). Le benzo[g,h,i]pérylène n est pas mobile dans les sols (Bergue.,et al. 1986.). Indéno(1,2,3-cd) pyrène L indéno [1, 2,3-c, d] pyrène est peu soluble dans l eau et très peu mobile dans les sols. Sa volatilisation à partir des milieux aqueux, des sols humides ou secs est très faible (Solano., 2001). Chrysène La volatilisation à partir de sols humides ou secs n est pas un processus significatif et dans l'air, le chrysène est principalement présent dans la phase particulaire. sa mobilité est très modérée dans les sols (Solano., 2001). -15-
Chapitre I Synthèse bibliographique Benzo (a)pyrène Il est peu mobile dans les sols (adsorption importante). Sa volatilisation depuis les sols ou les surfaces aquatiques est très peu importante (Solano., 2001) 2.3.3. Additifs oxygénés: MTBE (Méthyl-Tertio-Butyl-Ether) et Ethyl-Tertio-Butyl-Ether (ETBE) Les propriétés physico-chimiques du MTBE (forte solubilité dans l'eau, faible adsorption dans les sols, très faible biodégradabilité) expliquent le fait qu'il soit facilement entraîné par les eaux de pluie et de ruissellement dans les rivières et les eaux souterraines, et qu'il puisse s'y accumuler. Les propriétés physico-chimiques de l ETBE sont similaires (Solano., 2001) 2.3.4. Lubrifiants Les lubrifiants pétroliers sont difficilement dégradables aussi bien dans le sol que dans l eau. Perdues sur le sol, ces huiles peuvent être entraînées jusqu aux nappes phréatiques ou jusqu aux rivières (Piedrafita., 2007). 3. Devenir des hydrocarbures dans l'environnement C'est par des processus physiques, chimiques et biologiques qu'un hydrocarbure va pouvoir être déplacé, transformé ou éliminé (figure 04), après avoir été répondu dans l'environnement (Luhach et al., 2012). Figure 04 : devenir d un polluant dans un sol (Lemière et al., 2000) -16-
Chapitre I Synthèse bibliographique Dans les conditions naturelles, la biodégradation est un processus lent et complexe Huang (2005) résume le processus à : Parmi les différentes altérations que peut subir un hydrocarbure, citons : 3.1. Évaporation L'évaporation est un phénomène qui touche les fractions de faible poids moléculaire et dépend des conditions atmosphériques (vent, vagues, température, ). Les hydrocarbures les plus légers, ayant de 4 à 12 atomes de carbone (T < 270 C), qui représentent généralement près de 50 % des hydrocarbures totaux d un brut moyen, sont éliminés rapidement dès les premiers jours, pouvant conduire à une pollution de l atmosphère (Soltani, 2004). 3.2. Solubilisation La solubilité des hydrocarbures dans l eau est très faible. Un hydrocarbure est d autant plus soluble que sa masse moléculaire est faible et que sa polarité est élevée (Degranges et al., 1977). Rontani et al. (1985) qualifient les hydrocarbures solubles parmi les plus dangereux pour l environnement, difficiles à éliminer et sont adsorbés par la faune et la flore. 3.3. Emulsification Deux types d émulsions peuvent se former : eau dans l'huile appelée "mousse Chocolat" et huile dans l'eau. Les émulsions «eau dans l'huile» sont constituées par des hydrocarbures de haut poids moléculaire. Ces émulsions difficilement dégradables sont les précurseurs des résidus goudronneux retrouvés sur les plages, alors que les émulsions «huile dans l'eau» facilitent l élimination des hydrocarbures (Soltani., 2004). 3.4. Sédimentation La sédimentation est le passage du pétrole de la surface vers le fond. Ce phénomène concerne les résidus goudronneux constitués de la fraction pétrolière la plus lourde et dont la densité est supérieure à celle de l eau. La sédimentation conduit à la constitution d agrégats de haute densité difficilement dégradable par voie naturelle (Henner et al. 1999). 3.5. Photo-oxydation La photo- oxydation est observée au niveau de la surface de l eau où l air (oxygène) et la lumière (radiations solaires) sont présents pour la transformation des hydrocarbures (Luhach et al., 2012). L efficacité de ce phénomène dépend de la nature des hydrocarbures et de la présence de composés non hydrocarbonés. Ainsi, la photo-oxydation touche plus -17-
Chapitre I Synthèse bibliographique particulièrement les composés aromatiques qui sont plus photosensibles que les composés aliphatiques. Parmi ces derniers, les composés ramifiés sont plus facilement photo-oxydés que les n-alcanes (Soltani., 2004). 3.6. La biodégradation Les résidus pétroliers de toute nature, font partie des produits qualifies de xénobiotiques, c est-à-dire défavorables à la vie des organismes, aussi bien des microorganismes que de la végétation qui pousse sur le sol (Degranges et al. 1977). Luhach (2012) rapporte que si les hydrocarbures sont incorporés au sol en quantité limitée (moins de 2% de la couche 0-15 cm), n exercent pas d action dépressive vis-à-vis des micro-organismes du sol mais ils exercent une action nocive indirecte qui a été mise en évidence par les expériences de cet auteur : ces dernières ont consistés à incorporer des doses limitées d hydrocarbures à des placettes d essai et à suivre leur évolution dans le sol : ces Hydrocarbures sont absorbé à l état de fines particules autours des agrégats argilo-humiques, puis ils sont biodégradés assez rapidement. La biodégradation aboutit à une minéralisation portant en priorité sur les composés aliphatiques et une incorporation au sein des composés humiques, sous la forme de lipides et des composés très condensés mal définis (Lemière et al. 2000). Cette transformation des hydrocarbures nécessite une forte activité biologique du sol et un ph voisin de la neutralité (Akoun et al., 1984). Toutefois l action nocive de cette transformation des hydrocarbures n est pas négliger : elle est double et porte sur le cycle de l eau et le cycle de l azote. On sait, en effet, depuis longtemps que la présence d un couvert végétal induit ou stimule la biodégradation d une grande variété de contaminants organiques (Solano., 2001). La dégradation de tels mélanges ne peut être assimilée à la somme des dégradations des composés individuels. Des interactions importantes, telles que le cométabolisme (dégradation partielle d un composé non utilisé pour la croissance), peuvent exister dans un mélange et peuvent modifier très sensiblement ses caractéristiques de biodégradabilité (Akoun et al., 1984). Selon les résultats des travaux de Solano (2001), l'essence présente un taux de biodégradabilité intrinsèque élevé (96 %), mais celui du gazole est plus faible (entre 60 et 73 % selon la microflore utilisée). Les hydrocarbures récalcitrants à la biodégradation sont des cyclo alcanes et des alcanes ramifiés. (Soltani., 2004) Dans le cas de gazoles, la composition en classes structurales d'hydrocarbures explique les taux de dégradation variables qui ont été observés. En particulier, le taux de dégradation -18-
Chapitre I Synthèse bibliographique peut être proche de 100 % lorsque les alcanes linéaires sont abondants (gazole Fischer- Tropsch). En outre, Soltani (2004) rapportent que Les microflores des sols pollués présentent en général une capacité de dégradation légèrement supérieure à celle des sols non pollués. 4. Conditions optimales de dégradation Selon Soltani (2004), le ph ne semble pas jouer un rôle important. Cependant les souches adaptées seront différentes suivant que le milieu soit acide (levures, champignons), neutre ou basique (bactéries). En revanche, la température a une grande influence. La biodégradation maximale se situe au voisinage de 35 C. Au-dessous de 10 C, elle ne se produit plus. Les périodes estivales sont nettement plus favorables à la dégradation. L'aération du sol ne semble pas nécessaire à la biodégradation. Cependant elle favorise l'évaporation et les réactions chimiques d'oxydation. Des essais montrent que l'épuration biologique ne se produit que si la concentration en hydrocarbures n'est pas trop élevée soit environ 30 kg/m2. Une concentration élevée en hydrocarbures peut entraîner, par son action physique sur la texture du sol, une asphyxie de celui-ci par limitation des échanges gazeux (Bergue et Mérienne. 1986). 5. Le déplacement des polluants La présence de polluants n est pas le seul facteur relevant dans la problématique de la pollution des sols, il faut qu ils puissent être mobiles et avoir un effet sur quelqu un ou quelque chose (homme, eaux souterraines, écosystèmes, ) (Lemière et al., 2000). Selon Marly (2007), l atteinte d une cible dépend étroitement du comportement des polluants dans les milieux traversés lors de leur migration. Les propriétés intrinsèques des polluants et celles des milieux traversés, les interactions entre les polluants et les milieux ainsi que les conditions locales (pluviométrie par exemple) sont autant de facteurs influençant la migration des polluants. En outre, la migration des polluants induit également à une extension des zones polluées. Dans le cas des stations-services, l origine de la pollution provient soit des mauvaises habitudes telles que le déversement d hydrocarbures lors du remplissage des stocks de la station ou de la distribution de carburant, soit des corrosions des cuves enterrées, soit des fuites des canalisations, ou l évacuation des rejets dans la nature (Marly., 2007). -19-
Chapitre I Synthèse bibliographique Déplacement par ruissellements Ils provoquent la contamination de la couche supérieure ou inférieure du sol et l atteinte dans certains cas des nappes souterraines, ou l entrainement vers les rivières. Dans le cas des fuites des carburants des cuves et canalisations, les polluants vont rejoindre plus facilement les nappes souterraines puisqu elles se trouvent déjà enterrées dans les sols (Bergue et Mérienne. 1986.) Le transfert va dépendre des propriétés physico-chimiques de la pollution, du fait d être un liquide, un gaz ou un solide et des propriétés du sol et du sous-sol dans lequel elle se trouve. Les polluants des stations-services sont à la base des liquides (Marly., 2007). L ensemble des phénomènes physico-chimiques et biologiques à même de se passer dans les sols quand une pollution est constatée sont des phénomènes de volatilisation, c'est-à-dire de transfert de la source de pollution vers la surface si le polluant est volatile et des phénomènes de convection, de biodégradation (déjà vu plus haut) et d absorption. Les vides contenus dans un milieu poreux peuvent être remplis d eau, comme c est le cas pour les nappes souterraines : on parle alors de milieux poreux saturé, puisqu il est saturé d eau. A l inverse, si les vides ne sont pas pleins d eau, on parle de milieu poreux non-saturé. Dans ce cas, il existe toutes les situations entre l absence totale d eau et une quasi-saturation en eau (Lemière et al, 2000). Du point de vue physique, les pores des milieux poreux sont très irréguliers, tortueux et interconnectés. En outre, l écoulement dans les pores est souvent gêné par des étranglements. En conséquence, l écoulement au sein d un milieu est trop complexe pour réaliser une description au niveau microscopique (Marly., 2007). Aussi, l écoulement dans les milieux poreux est généralement décrit en termes de vitesse d écoulement macroscopique, qui représente la moyenne globale des vitesses microscopiques dans le volume total de milieu poreux considéré. La configuration détaillée de l écoulement est donc ignorée, et l élément de milieu poreux est traité comme un milieu uniforme et comme si l écoulement était réparti sur toute la section, espaces solides et liquide inclus (Machal et al, 2003). Déplacement via le sol Les polluants dissous ou en suspension dans l eau circulent dans le sol dans le sens descendant, par infiltration des solutions, et dans les sens ascendant, par remontée capillaire et remontée biologique (lombrics, racines). À ces deux sens d écoulement, s ajoutent des -20-
Chapitre I Synthèse bibliographique variations liées aux forces de succion qui existent dans un milieu poreux non-saturé, et qui entraînent l eau dans n importe quelle direction, en fonction uniquement du gradient de succion, c'est-à-dire des zones les plus hydratées vers les zones les moins hydratées (Machal et al, 2003). Pour les sols en pentes, il existe également un ruissellement de sub-surface qui entraîne les polluants dans le sens de la pente (Marly, 2007). En fait la mise en équation de l ensemble des mécanismes du transport de polluants dans les sols est très complexe. La résolution de ce type de transfert fait intervenir des simplifications importantes et des modèles numériques, fournissant alors une estimation du transport des polluants dans les milieux poreux non-saturés (lemière et al., 2000). La structure et la texture du sol ne peuvent qu être modélisées sommairement, alors qu elles jouent un rôle fondamental en termes de déplacement (Pierzynski., 2005). 6. Interactions bio-physico-chimiques (rhizosphère) La rhizosphère est la mince couche de sol qui entoure les racines absorbantes des plantes. Dans cette zone, la composition du sol est profondément modifiée au niveau du ph, de la matière organique et du potentiel d oxydoréduction étant donné que d importantes interactions bio-physico-chimiques ont lieu : l absorption racinaire par les plantes, les réactions d oxydoréduction par les microorganismes, la dissolution des minéraux par les champignons et les lichens, l adsorption des cations par les complexes absorbants, l agrégation et l aération du sol par la macrofaune, etc. (Pierzynski., 2005). Tous ces phénomènes induisent une modification importante du transport des polluants, puisqu ils modifient le sol, au niveau de sa texture, de sa structure et de la porosité, mais aussi de l équilibre physico-chimique et donc des réactions qui s y déroulent, provoquant alors l immobilisation des polluants, voire leurs dégradations et/ou leurs biodégradations (Machal et al, 2003). Ainsi l absorption racinaire des plantes joue aussi un rôle dans le transport des polluants provoquant une immobilisation des polluants. De plus, du mycélium est souvent associé aux racines des plantes : ce sont des mycorhizes. Elles favorisent l'absorption par les racines des éléments minéraux de la rhizosphère et du sol et améliorent ainsi la nutrition de la plupart des espèces végétales. En effet, la croissance du mycélium étant plus rapide, il brasse un volume -21-
Chapitre I Synthèse bibliographique de sol plus important que celui des racines des plantes, et donc permet à ces dernières un apport plus important en minéraux mais aussi en polluants (Pierzynski., 2005). Les micro-organismes, notamment les bactéries, sont responsables de plusieurs réactions biochimiques capables de dégrader des polluants, par exemple des hydrocarbures dans le cas des réactions d oxydoréductions. C est d ailleurs ce principe qui est utilisé dans la biodépollution (Soltani, 2004). Un autre phénomène est la capacité d échange du sol qui varie avec le ph. Ainsi, quand le ph diminue, la quantité de calcium que le sol peut absorber diminue : le sol relargue des ions calcium. C est ce phénomène qu utilisent les racines des plantes pour pouvoir absorber le calcium. Ce phénomène est responsable de l immobilisation de certains polluants mais aussi parfois de leur libération en fonction de l évolution des conditions physico-chimiques des sols. Enfin la microfaune, par son activité dans les sols, facilite et accélère le transport des polluants dans les sols, en augmentant la porosité et en créant des voies d écoulement préférentiel (par exemple les galeries de lombric) (Soltani, 2004). 7. Action des hydrocarbures sur les végétaux Le contact entre le produit pétrolier et la surface foliaire va entraîner des dégâts et ceci dépend de la nature du produit, de la dose appliquée et surtout de la finesse de dispersion du produit. Il est évident qu'un ruissellement d'hydrocarbures ou une aspersion fine ne causent pas les mêmes dégâts (Vernay., 2009). Un produit léger à basse viscosité cause des dommages immédiats sous forme de brûlures des parties aériennes, alors qu'un produit lourd à viscosité élevée pénétrant plus lentement les tissus cause des dégâts chroniques moins apparents, mais réduit les échanges gazeux entre la plante et l'atmosphère. Dans les deux cas, la translocation dans la plante d'une partie du produit vers les zones de croissance entraînera des dégâts différés, nécroses ou déformations des zones de croissance, avec dans certains cas suppression ou retard de la floraison ou de la fructification (Gatellier et al, 1974). Les effets dépendent aussi de l'espèce végétale et du stade physiologique de la végétation. Certaines surfaces de plantes sont très sensibles aux produits pétroliers, c'est le cas des feuilles de tomate, tabac, pomme de terre et des Solanacées en général, alors que d'autres sont remarquablement tolérantes, comme celles des carottes et des ombellifères en général. -22-
Chapitre I Synthèse bibliographique La plus ou moins grande rugosité des surfaces foliaires, l'orientation des feuilles et la géométrie de l épiderme seront aussi des facteurs déterminants de la susceptibilité des feuilles aux hydrocarbures (Gatellier et al, 1974). 7.1. Modifications écologiques L'étude des peuplements végétaux des sites contaminés et des gisements naturels de surface comme les sables et les schistes bitumineux conduit à des observations très utiles sur les espèces végétales capables de recoloniser les zones imprégnées par des hydrocarbures (Huang et al,.2005). Il a été établi que l écotoxicité des polluants est principalement fonction de leur fraction biodisponible et non de leur concentration totale. Elle dépend également de phénomènes de synergie ou d antagonisme entre polluants qui sont particulièrement complexes à modéliser (Vernay., 2009). 7.2. Gisements naturels L'exploration systématique de nombreux gisements de surface de schistes bitumineux a conduit à la localisation d'espèces associées à des sols riches en hydrocarbures. Par exemple, sur des tas de résidus d'extraction de schistes bitumineux, on trouve une colonisation presque pure par la luzerne sauvage. Il semble bien que les «Légumineuses» ou Papilionacées soient des espèces colonisant couramment les sols riches en hydrocarbures (Bergue et al., 1986). L'examen des sols au voisinage des raffineries permet de constater que les espèces telles que la Luzerne et la Trèfle dominent autour des unités de distillation et des bacs de stockage de produits lourds. Ces espèces sont capables grâce aux bactéries associées à leurs racines de fixer l'azote atmosphérique de l'air. Les espèces capables de fixer l'azote atmosphérique ont un avantage sur les espèces exigeantes en azote organique ou minéral (Bergue et al. 1986). 7.3. Effets sur la végétation dormante Il est également important de connaître le niveau de sensibilité de la végétation potentielle (graines) d'un sol contaminé. Il semble que les hydrocarbures soient plus toxiques sur des graines ayant besoin de bonne conditions d'aérobiose pour germer (maïs) que sur des graines pouvant germer en conditions d'anaérobiose partielle (riz). La plupart des hydrocarbures n'ont pas d'effets irréversibles sur la germination de graines telles que les carottes, trèfle, luzerne, laitue, tournesol. Par contre, à une même dose, les produits acides -23-
Chapitre I Synthèse bibliographique correspondants sont plus nuisibles. Présents en moindre quantité dans le sol, leur effet sur les graines sera marginal (Bergue et Mérienne. 1986). Lorsque le benzène est vaporisé sur l orge, des carottes et des plants de tomate, leurs cellules sont endommagées; de plus, des graines de laitue et de radis exposées à du benzène dans le sol ont une germination réduite (Huang et al, 2005). 8. Action des hydrocarbures sur les sols La dégradation des hydrocarbures dans les sols a fait l'objet de nombreuses études tant au laboratoire que sur le terrain. Tous ces essais concluent à la réalité d'un processus naturel de dégradation. Une grande partie des constituants des produits pétroliers sont volatiles et instables dans des conditions normales. Il se produit une évaporation des fractions les plus légères et des réactions physiques et chimiques qui modifient leurs compositions. Il est probable qu'en contact avec le sol, ils subissent une grande variété de mécanismes d'élimination notamment l évaporation, la photodécomposition, l adsorption, la percolation et la dégradation bactérienne. (Rouquerol et al. 1977). 8.1. Transformation d'ordre physique du sol La mouillabilité du sol évolue et conduit à une infiltration de l'eau à partir de la surface plus rapide. Rouquerol et al. (1977) notent qu'après une semaine, la terre présente déjà une structure poudreuse et dispersée attestant l'affinité entre particules minérales du sol et particules d'hydrocarbures. Cette structure assure une bonne circulation des fluides, air et eau dans le sol, en même temps qu'elle accroît le pouvoir de rétention : les sols pollués par les hydrocarbures ont 2% d'humidité de plus que les sols témoins. Par contre Degranges et al. (1977) observent l'apparition rapide d'une teneur en eau plus importante dans la parcelle témoin. Dans les deux cas, les différences s'estompent par la suite. Un état d'équilibre semble être atteint. Pour leur part Akoun et al. (1984) notent un renforcement de la stabilité des agrégats. 8.2. Transformation chimique dans le sol On note une légère acidification du sol (2 à 3 dixièmes) qui traduit sans doute l'apparition de faibles quantités d'acides résultant soit de l'oxydation des î-alcanes, soit de celle de composés provenant de la rupture de noyaux aromatiques. 1) Il y a peu de variation de composition chimique en ce qui concerne les éléments majeurs du sol. Il faut noter -24-
Chapitre I Synthèse bibliographique toutefois une teneur en soufre légèrement plus importante dont la provenance peut être attribuée aux hydrocarbures. 2) Les métaux sont retenus dans l'horizon superficiel, soit par insolubilisation, soit par fixation sur le complexe d'échange du sol. L'absence de métaux dans les eaux de percolation confirme cette immobilisation. La présence de ces métaux à la surface du sol n'est sans doute pas sans effet sur les biocénoses. (Bergue et Mérienne., 1986). -25-
Chapitre II Milieux d étude Chapitre II : Milieux d étude
Chapitre II Milieux d étude Dans le présent chapitre, nous allons présenter les deux régions ou nous avons réalisé notre étude : la région d Aghribs (deux stations) et la région de Freha (une station) de la willaya de Tizi-Ouzou. La figure ci-dessous représente la localisation géographique des régions d étude dans la wilaya de Tizi-Ouzou. AGHRIBS FREHA Figure 05 : localisation géographique des stations d étude (Wikipédia, 2014) 1. Présentation de la région d Aghribs 1.1. Situation géographique et limites administratives La commune d Aghribs se situe à 40 Km au nord-est de Tizi-Ouzou, à 20 km au sudouest d Azzefoun et à 13 Km au nord-ouest d Azazga. Elle est délimitée au nord par la commune d Azzefoun, à l est par la commune d Akrrou, au sud-est par la commune d Azazga, au sud-ouest par la commune de Freha, à l ouest par la commune de Timizart et au nord-ouest par la commune d iflissen «Figure 5». Les coordonnés de cette station sont : 36 48'12,1 Nord et 4 19'21,17'' Est. -27-
Chapitre II Milieux d étude 1.2. Relief et pentes La région d Aghribs présente un relief très variable et plus ou moins accidenté, il est le plus souvent vallonné. La pente peut être faible (10 à 20%), moyenne (20 à 30%) ou forte (plus de 30%), selon la station considérée. L exposition des stations est globalement d orientation nord et l altitude varie entre 400 et 1100m. 1.3. Couvert végétal La région d Aghribs, présente d importantes formations végétales. Les fréquentes sont les maquis. Dans ces derniers, les plantes frutescentes sont plus nombreuses et nettement plus abondantes, mais elles se présentent à des taux de recouvrement variables. La strate herbacée est importante dans les clairières et sur les versants bien exposés au soleil. Les espèces les plus fréquentes sont des graminées. 2. Présentation de la région de Fréha 2.1. Situation géographique et limites administratives Fréha doit sa promotion au rang de commune au découpage administratif (territorial) postindépendance. Elle relève de la circonscription administrative de la Daïra d Azazga, La commune de Fréha se localise en bord du Sebaou. Elle se situe à une trentaine de Km à l est de Tizi-Ouzou.et à 130 Km d Alger. Ses cordonnée sont 36 45' 31,57'' Nord et 4 0' 03,75 E. Elle est limitée au nord par la commune d Aghribs, à l'est, par la commune d Azazga, au sud, par les communes de Mekla et de Tizi-rached, à l'ouest, par les communes de Tiziouzou et Ouguenoun et au nord-ouest, par la commune de Timizart (Service technique de la commune de Fréha, 2013). 2.2. Relief et pentes La région de Fréha est située sur un plateau formant la transition entre le massif forestier d Ath Ghobri, la région d Aghribs, et la vallée du Sébaou. Elle présente en grande partie un relief variable et en majeur partie faiblement accidenté. La pente peut être très faible à néant (00% à 10%) et moyenne (10 à 20%) selon la station considérée. 2.3. Le couvert végétal Fréha est principalement une région agricole caractérisée par des formations herbacées dominées par les graminées mais aussi par des cultures fruitières tels que ; le figuier, le -28-
Chapitre II Milieux d étude poirier, l oranger et la vigne, des cultures maraichères telles que la pomme de terre, le haricot vert et la pastèque ainsi que des cultures céréalières et fourragères. 3. Les caractéristiques climatiques Le climat est un facteur déterminant car il a une influence sur le devenir d une pollution. Il a une grande influence sur l environnement et dépend de beaucoup de facteurs en l occurrence, la température et les précipitations. 3.1. Les températures 3.1.1. Les températures moyennes mensuelles d Aghribs Les températures moyennes mensuelles de la région d Aghribs, figurent dans le tableau ci-dessous. Tableau 3 : Températures maximales et minimales de la région d Aghribs durant la période allant de 1973 à 1993 (ONM, Tizi-Ouzou). Jan Fév. Mar Avr. Mai Juin Juil. Aout Sep Oct. Nov. Déc. Tm 4,5 4,9 6,5 8,9 11,5 15,7 19,1 19,6 17,2 12,8 8,6 5,3 TM 10,3 11,5 13,8 16,8 20 25,1 29,5 29,8 26,5 20,8 15,3 11 TM+Tm/2 7,4 8,2 10,1 12,9 15,8 20,4 24,3 24,7 21,9 16,8 11,9 8,1 Dans la région d Aghribs nous remarquons un écart thermique important entre les moyennes de minima (m) du moi le plus froid (janvier) et des maxima (M) du mois le plus chaud (Août). (m= 7,4 C, M= 24,7 C). À noter que les données climatiques sont inaccessibles, raison des difficultés administratives. La figure ci-dessous montre que pour la région d Aghribs, le mois d août est le plus chaud avec une moyenne de 24,7 C et le mois de Janvier est le plus froid avec une moyenne de 7,4 C. 30 C 25 20 15 TM+Tm/2 10 5 0 Jan Fév. Mar Avr. Mai Juin Juil. Aout Sep Oct. Nov. Déc. Mois -29-
Chapitre II Milieux d étude Figure 06 : Températures moyennes mensuelles de la région d Aghribs durant la période allant de 1973 à 1993 (O.N.M, Tizi-Ouzou). 3.1.2. Les températures moyennes mensuelles de Freha La déférence d altitude (moyenne) entre la région de Fréha (300 m) et celle d Aghribs (700 m) est de 400 m. Le tableau 4 rapporte les températures de la région de Fréha après extrapolation. Tableau 04 : Températures maximales (M) et minimales (m) de région de Freha durant la période allant de 1973 à 1993. Jan Fev Mar Avr Mai Juin Juil Aout Sept Oct Nov Dec m ( C) 6,1 6,5 8,1 10,5 13,1 17,3 20,7 21,2 18,9 14,4 10,2 6,9 M ( C) 13,1 14,3 16,6 19,6 22,8 27,9 32,3 32,6 29,3 23,6 18,1 13,8 (M+m)/2 9,6 10,4 12,35 15,05 17,95 22,6 26,5 26,9 24,1 19 14,15 10,35 Dans la région de Frèha nous remarquons un écart thermique est très important entre les moyennes de minima (m) du moi le plus froid (janvier) et des maxima (M) du mois le plus chaud (Août). (m= 9,6 C, M= 26,9 C) M : moyenne des températures maximales en ( C) M : moyennes des températures minimales en ( C) M+m/2 : moyennes des températures mensuelles en ( C) La figure ci-dessous montre que pour la région Freha, le mois d Août est le plus chaud avec une moyenne de 27,1 C et le mois de janvier est le plus froid avec une moyenne de 9,6 C. 30 C 25 20 15 (M+m)/2 10 5 0 Jan Fev Mar Avr Mai Juin Juil Aout Sept Oct Nov Dec Mois -30-
Chapitre II Milieux d étude Figure n 07 : Températures moyennes mensuelles de la région de Freha après extrapolation durant la période (1918-1951) (O.N.M, Tizi-Ouzou). 3.2. Précipitations La vie sur terre est commandée par la présence d eau. Les précipitations sont un facteur prépondérant pour la détermination d un climat. Elles accusent des irrégularités très nettes à l échelle mensuelle et annuelle, tant au niveau de la répartition qu au niveau des quantités reçues. Ce qui est attribuée aux caractéristiques du climat méditerranéen. 3.2.1. Précipitations moyennes mensuelles au niveau d Aghribs Les quantités de pluies mensuelles enregistrées dans la région d Aghribs sont consignées dans le tableau suivant : Tableau 05 : Précipitations moyennes mensuelles au niveau de la région d Aghribs allant de 1973 à 1993 (ANRH, Tizi-Ouzou). Mois jan Fév. Mar Avr Mai Jui Juil Aout Sep Oct. Nov. Dec Total P (mm) 152,36 121,05 121, 90,3 49,52 12,6 3,78 8,04 26,82 84,84 125,14 205,31 1000,99 1 3 La figure ci-dessous montre que, pour la région d Aghribs, le mois le plus pluvieux est celui de décembre avec 205,31 mm. Les mois de juin, juillet et août sont les moins arrosés avec respectivement 12,6 mm, 3,78 et 8,04 mm. mm 250 200 150 100 50 0 jan Fév. Mar Avr Mai Jui Juil Aout Sep Oct. Nov. Dec Mois Figure 08 : Précipitations moyennes mensuelles de la région d Aghribs durant la période (1973 1993) (ANRH, Tizi-Ouzou). -31-
Chapitre II Milieux d étude 3.2.2. Précipitations moyennes mensuelles au niveau de la région de Freha Vue la situation géographique et l altitude de la région de Freha par rapport à la région d Aghribs et selon les lois bioclimatiques, nous nous attendons à un régime hydrique légèrement différent entre les deux régions Tableau 06 : précipitations moyennes mensuelles est annuelles de FREHA allant de1973 à 1993 (ANRH, Tizi-Ouzou). Mois Jan Fév. Mar Avr. Mai Juin Juil Aout sep Oct. Nov. Déc. Total P (mm) 163,22 99,31 100,3 5 110,3 5 70,29 9,84 1,51 6,02 42,88 71,98 146,54 182,23 1004,5 Le tableau 6 fait ressort une moyenne des précipitations de 1004,5 mm sur une période de 15 années. Le mois le plus pluvieux est le mois de décembre avec une moyenne de 182,23mm. Les mois de juin, juillet et Août sont les moins pluvieux avec des moyennes respectives de 9,84 mm. 1,51 mm et 6,02 mm. mm 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Jan Fév. Mar Avr. Mai Juin Juil Aout sep Oct. Nov. Déc. P (mm) Mois Figure n 09 : Précipitations moyennes mensuelles est annuelles de FREHA obtenus après extrapolation durant la période (1973 1993) (ANRH, Tizi-Ouzou). -32-
Chapitre II Milieux d étude 4. Synthèse climatique 4.1. Diagramme Ombrothermique de Bagnouls et Gaussen Le diagramme ombrothermique de Bagnouls et Gaussen (1953) permet la mise en évidence des périodes sèche des deux régions d étude (Figures 10 et 11) au cours d une année hydrologique selon la relation P 2T P : Précipitation moyennes mensuelles en mm. T : Température moyenne mensuelles en C. À partir des données obtenues, nous pouvons tracer le diagramme ombrothermique, qui est un graphique sur lequel la durée et l intensité de la période sèche se trouvent matérialisées par la surface de croisement, où la courbe thermique passe au-dessous de la courbe ombrique. Figure 10 : Diagramme Ombrothermique de Bagnouls et Gaussen pour la station de Freha Ce diagramme permet de distinguer globalement au sein d une même année, deux périodes distinctes pour la région de Freha : Une période sèche, qui s étale de la fin de mois de mai à mi-septembre. -33-
Chapitre II Milieux d étude Une période humide qui s étale de la mi-septembre à la fin de mois du mai. Figure 11 : Diagramme Ombrothermique de bagnouls et Gaussen pour la station d Aghribs. Ce diagramme permet de distinguer globalement au sein d une même année, deux périodes distinctes pour la région d Aghribs : Une période sèche, qui s étale de la fin de mois de mai à la fin de septembre. Une période humide qui s étale de la mi-septembre à la fin de mois du mai. La surface résultante de croisement des deux courbes thermiques et ombrique indique la sévérité de la saison sèche. Nous remarquons que la saison sèche est plus longue dans la région de Freha que dans la région d Aghribs. 4.2. La détermination du bioclimat des deux stations d études Aghribs et Freha. Le diagramme d Emberger permet le classement de différents types de climats. Il permet de définir un quotient pluviométrique afin de distinguer entre les différentes nuances du climat méditerranéen (Dadjoz, 2000). Il est réalisé dans le but de définir l étage bioclimatique auquel appartient une région donnée. Le quotient est calculé par formule de Stewart (1996) cidessous : Q2= 3,43 (P/M-m) Q2 : est le quotient pluviométrique d Emberger. P : est la moyenne de précipitation des années prises en considération exprimé en mm -34-
Chapitre II Milieux d étude M : est la moyenne des températures maxima du mois le plus chaud exprimé en degrés Celsius ( C). m : est la moyenne des températures minima du moi le plus froid exprimé en degrés Celsius ( C) Les valeurs obtenues pour les deux régions sont données dans le tableau 7. Tableau 07 : Q2 d emberger calculé pour les deux régions d étude et l étage bioclimatique correspondant. Région P(mm) M(C ) m (C ) Q2 Etage bioclimatique Aghribs 1001 29,8 4,5 136 Hamide à hiver tempéré Freha 1004,5 33,6 6,2 125,75 Subhumide à hiver tempéré Nous voyons très clairement il y a une différence entre les deux régions, la région d Aghribs se situe dans l étage bioclimatique humide à hiver tempérée et la station de Freha se situe dans l étage bioclimatique subhumide à hiver tempérée (Figure 12). Figure 12 : Position des deux stations d études sur le climagramme d emberger. L étude bioclimatique de nos zones d étude nous conduit à tirer les conclusions suivantes : Le climat est un climat méditerranéen typique, caractérisé par deux périodes différentes : une sèche et chaude et l autre pluvieuse et froide -35-
Chapitre II Milieux d étude L irrégularité et la variabilité du régime pluviothermique, sont bien apparentes à travers les saisons Les mois de janvier et de février sont en général les plus froids, alors que les mois les plus chauds restent juillet et aout. -36-
Chapitre III Matériels et méthodes Chapitre III : Matériels et Méthodes
Chapitre III Matériels et Méthodes 1. Introduction Nous essayons de voir s il existe un éventuel impact de la pollution sur les conditions édaphiques et par conséquent sur la composition floristique. Ces relations ne sont pas à sens unique, autrement dit, et selon Guinochet (1973), si la nature du sol influe bien sur la composition floristique, réciproquement il ne peut y avoir pédogénèse sans le concours de la végétation. L objectif principal de ce mémoire est d étudier la variation des caractéristiques physicochimiques des sols et la composition floristique en fonction d un gradient de pollution crée par les rejets des stations-service. Notre dispositif et notre méthodologie de travail ont été élaboré à partir des résultats de l étude menées par le laboratoire régional de Rouen Service Physique - Génie urbain (France) et le guide sur le comportement des polluants du sol qui traite le cheminement et la propagation des hydrocarbures dans les différents sols et stipule la création des gradients verticaux et horizontaux de pollution. La pollution générée par ces stations doit avoir une influence estimable sur le terrain. Pour cela, le sol doit être non couvert par le béton comme cela été constaté dans plusieurs autres stations lors des enquêtes préalables et il doit y avoir un couvert végétal spontané pour estimer l effet de la pollution généré sur la végétation. Ce travail comporte une étude pédologique et floristique selon les gradients de pollution crées par les rejets des stations. Pour cela des compagnes d échantillonnage sont menées dans les différentes stations en mois de Mars pour le sol et durant trois périodes différentes à savoir décembre, mars, et mai pour la végétation afin de voir si le même impact se reproduit sous les différentes conditions. 2. Étude pédologique Ce qui importe ici, c est de montrer s il existe un possible impact des polluants sur les caractéristiques physicochimiques du sol, et une relation entre la distance à la source de la pollution et les conditions édaphiques dans les stations. 2.1. Enquête préalable Les enquêtes préalables nous ont permis de récolter des informations essentielles au sujet de notre problématique et de ses objectifs. Elle nous a conduits à délimiter les zones d'études, à reconstituer l'histoire de leurs utilisations et celle de leurs expositions aux pollutions, à -38-
Chapitre III Matériels et Méthodes reconnaître les lieux (conditions locales) et à fixer les mesures à prendre pour garantir la qualité des prélèvements. Hypothèses Les hypothèses faites servent à l'élaboration du notre plan d'échantillonnage. L utilisation des sols et celle des émissions auxquelles ils ont pu être exposés conduisent à envisager diverses atteintes possibles sur ces sols, la plus probable est la migration des polluants, ce qui cause des variations des caractéristiques physico-chimiques et la création des gradients de pollution. 2.2.Dispositif de prélèvement Par dispositif, nous faisons allusion à la répartition spatiale des points de prélèvement dans nos stations d étude. Il dépend des questions posées, et des objectifs fixés ainsi que des hypothèses faites au sujet des pollutions. Un dispositif peut être considéré comme approprié, lorsque les placettes choisies représentent bien les zones d'étude et que leurs nombre restent aussi faibles que possible d une part pour faciliter le travail et d autre part réduire les problèmes analytiques. Pour homogénéiser les conditions écologiques qui peuvent avoir une influence sur les résultats des analyses pédologique, les campagnes d'échantillonnages ont été effectuées pendant une seule période La figure suivante illustre les différente étapes et démarches entreprise dans ce travail. -39-
Chapitre III Matériels et Méthodes Figure 13: Schéma synoptique du travail effectué (Original., 2014) 2.3. Choix et méthode d échantillonnage Les transects permettent de mesurer des changements d un milieu à un autre dus à des gradients tels que la température, l altitude, la pollution et autres. Ces gradients créent des changements pédologiques et des changements dans la composition floristique, et dont le suivi fournira des données utiles sur les divers changements environnementaux. Ils permettent de visualiser la succession de la végétation et d avoir ainsi une idée sur l influence des rejets des stations-services. Le plan d échantillonnage adopté pour les trois stations est l échantillonnage stratifié par transect comme illustré dans la figure 14. Deux transects sont retenues pour chaque station. Trois placettes de prélèvement sont sélectionnées le long de chaque transect de pollution en allant de la zone la plus polluée à la zone dite propre là où l effet de la pollution n est plus apparent. Les placettes sont réparties selon le degré de la pollution estimé à partir de la densité -40-
Chapitre III Matériels et Méthodes de la végétation, la distance vers la source de pollution et avec un degré moindre la couleur du sol. Pour l étude pédologique l'échantillonnage est effectué sur quatre points, le troisième échantillon en venant de point de rejet a été supprimé pour des raisons analytiques. De ce fait trois seulement ont été retenues pour l analyse ; au début, au centre et à la fin de chaque transect comme illustré dans la figure 14, (trois points de prélèvement sur chaque transect). La distance moyenne séparant les points de prélèvement est de 10 à 15 mètres. Les prélèvements ont été réalisés à l'aide d'une pioche à une profondeur de 20 cm. Pour chaque échantillon, 1Kg de sol prélevé est mis dans des pots voir la figure 16. Figure 14 : Schéma illustrant la répartition spatiale des points de prélèvement du sol dans une station (Original., 2014). L unité d échantillonnage (UE) est la placette de prélèvement qui est un carré de 150 x150 cm, (figure14). Une sous-placette de 20 X 20 cm est délimitée à l intérieur de chaque placette. Chaque sous placette correspond au niveau de collecte de la terre (figure 16). -41-
Chapitre III Matériels et Méthodes Figure 15 : schéma illustrant les échelles de perception de l échantillonnage jusqu à l analyse. A A Figure 16 : Sous placette de prélèvement des échantillons de sol. 2.4. Analyse des échantillons Tous les échantillons prélevés sont transportés au laboratoire, sont ensuite tamisés à 5 mm puis à 2 mm pour éliminer les éléments grossiers et préparés pour l analyse; ils sont -42-
Chapitre III Matériels et Méthodes ensuite analysés en utilisant des méthodes (appropries et disponibles à l INRF) pour chaque paramètre. Les paramètres mesurés sont : la matière organique, l humidité, la électrique (CE), le ph, l azote, le phosphore, et la granulométrie. conductivité 2.4.1. Analyses physico-chimiques Les différentes analyses physicochimiques des différents échantillons du sol prélevés ont été réalisées au niveau du laboratoire de L INRF de Bainem (Alger). Granulométrie L analyse granulométrique est une définition de la texture du sol à partir de la répartition pondérale des particules classées par dimension. Parmi les constituants du sol, il y a lieu de distinguer deux fractions : les éléments grossiers (pierres, graviers, fragments organiques) et la terre fine. Dans certains cas il est intéressant d apprécier la proportion des éléments grossiers que contient le sol, compte tenu du rôle qu ils jouent (réserve en eau, dilution du stock des éléments assimilables, réduction de la cohésion et du tassement) (Gagnard et al. 1988). L analyse granulométrique s effectue sur une prise d essai de terre, elle a pour but de déterminer le pourcentage de différentes fractions de particules constituant les agrégats. Principe La «granulométrie» proprement dite concerne la terre fine obtenue par tamisage et après élimination du calcaire et de la matière organique. Le principe de l analyse est basé sur la vitesse de sédimentation des particules (terre fine obtenue auparavant) où chaque particule présente une vitesse de chute par rapport à son diamètre qui est donnée par la formule de «stockes». Ensuite à l aide d un densimètre que nous avons plongé dans la solution contenant la terre fine, la densité de la solution a été mesuré à différents niveaux et en fonction du temps. Ces éléments du sol (sables, limons, argiles) ont pu être ainsi quantifiés en pourcentage, et la texture en fin de compte, est obtenue grâce à un triangle des textures voir figure 17, dont les trois cotés correspondent respectivement aux pourcentages des éléments du sol calculés (Godwin et al., 2013). -43-
Chapitre III Matériels et Méthodes. Figure 17: Triangle de texture selon (Godwin et al., 2013) Le ph: Le ph représente l acidité du sol. La mesure du ph de la solution du sol rend compte de la concentration en ions H3O +. Ces ions sont en équilibre avec ceux présents à l état fixé sur les argiles et la matière organique formant le complexe absorbant (colloïdes du sol). Principe La méthode la plus exacte pour mesurer le ph d un sol consiste à utiliser un «ph mètre» électrique qui donne directement la valeur du ph quand on plonge des électrodes en verre dans une solution obtenue en mélangeant une part d échantillon du sol avec deux parts d eau distillée (Duchauffour, 2001). Le travail consiste à former une suspension de 10 g de sol dissous à l aide d un agitateur pendant 30 minutes dans 25 ml d eau distillée. Après l agitation la lecture du résultat se fait après 5 minutes de repos de la solution. Conductivité électrique (CE) -44-
Chapitre III Matériels et Méthodes Selon Duchaufour (1965) la conductivité électrique relate les teneurs en différents sels solubles contenues dans un milieu donné. Ces sels peuvent contenir des ions de sodium, de calcium, de magnésium, de chlore et autres. Lorsque la concentration en sels est trop élevée, les racines se développent mal et la croissance de la plante est ralentie. On aboutit même à un dépérissement des plantes. Principe On a déterminé la conductivité électrique de la manière suivante : On procède à la mise de 10 g de terre fine dans un bécher de 100 ml, on rajoute 50 ml d eau distillée, et on met le bécher sous agitation pendant une demi-heure. Après repos de 5 minutes on mesure la conductivité électrique à l aide du «conductimètre» qui est exprimé en millisiemens / cm (ms /cm) (Petard., 1993). Matière organique (MO) Les classes d appréciation de la teneur du sol en matière organique sont réalisées en fonction du taux de carbone. Principe La détermination de la matière organique est effectué, par la méthode de Anne : le carbone organique est oxydé par du bichromate de potassium en milieu sulfurique (Petard., 1993). Le calcul du pourcentage de carbone organique se fait par le titrage direct de bichromate de potassium avec la solution de Mohr (sulfate double d ammonium et de fer). Calcaire total Parmi les différents éléments chimiques qui entrent dans la composition du sol, le «calcaire» joue un rôle essentiel non seulement dans la nutrition des plantes mais encore dans la pédogénèse (Duchauffour, 1984). Principe Le principe de dosage du calcaire total est basé sur la mesure du CO2 dégagé du calcaire (CaCo3) se trouvant dans 0,5g de terre fine neutralisée par 5 ml d acide chlorhydrique (Hcl). Le dispositif réactionnel est appelé «calcimètre de Bernard» ou «procédé gazométrique». -45-
Chapitre III Matériels et Méthodes Il est composé d une burette pour la mesure du volume du CO2 dégagé, d un tube d essai pour le Hcl et d un erlenmeyer contenant le sol. Phosphore assimilable Principe Les mesures du phosphore ont été faites par colorimétrie. L extraction a été effectuée sur le phosphore assimilable selon la méthode Olsen. Cette méthode permet de déterminer le phosphore alcano-soluble extrait par (NaHCO3) 0,5N à ph=8,5 (Mathieu et Pieltan, 2003). Le dosage est basé sur la formation d un complexe de l acide phosphorique et l acide molybdlique (Petard., 1993). Dans un milieu où il y a le phosphore, l addition de l acide ascorbique provoque par chauffage une coloration bleue dont l intensité est proportionnelle à la concentration en ortho phosphate. La lecture se fait au colorimètre à une longueur d onde de 660 nm. Humidité L humidité au champ correspond à la teneur en eau d un échantillon de sol à un moment donné, notamment au moment où a été réalisé le prélèvement. Exprimée en pourcentage, l humidité est obtenue par différence de poids de l échantillon, après dessiccation à 105 C, pendant 48 heures. Elle est calculée selon la formule suivante : H% = ((PF-PS)/PF) x 100 ou H% = ((P1-P2)/P1) x100 Où : H : humidité au champ (%) PF = P1 : poids frais de l échantillon (avant séchage) (en g). PS = P2 : poids sec de l échantillon (après séchage) (en g). Azote L azote (N) stimule la croissance de la plante et est responsable de sa coloration verte. C est le facteur de rendement le plus important, car il entre dans la composition des protéines, de la chlorophylle et d enzymes essentiels à la photosynthèse (captation de la lumière par la plante) et de la respiration (Pierzynski et al., 2005). Principe -46-
Chapitre III Matériels et Méthodes La méthode employée est celle de Kjeldahl, par l acide sulfurique. Ainsi la matière organique azotée est minéralisée par l acide sulfurique concentré à chaud (action oxydante du H2SO4). L azote transformé en ammoniac est fixé par l acide sulfurique à l état de sulfate d ammoniac. Le sulfate de potassium permet d élever la température d ébullition de l acide sulfurique (de 317 à 330 C ). Cette première phase s appelle la digestion, l acide sulfurique sera additionné à l acide salicylique. Dans cette méthode de Kjeldahl, l ion NH4 + est déplacé par l hydroxyde de sodium et entrainé à la vapeur d eau puis fixé par l acide borique à l état de borate, lui-même dosé par H2SO4 titré. Cette dernière phase s appelle la distillation. 3. Étude floristique Par rapport à l existence et au fonctionnement global d un écosystème, la végétation est considérée comme fondamentale, car elle assure à la fois la fonction primordiale de la production primaire et entretient des relations étroites aussi bien avec le biotope qu avec les autres composantes de la biocœnose. L étude descriptive et causale de la végétation est un principe fondamental (Gillet et al. 1991). Au cours de ce travail, les données suivantes ont été enregistrées pour chaque strate: (i) noter les espèces et le nombre d individus de chacune d elles (ii) la couverture végétale de chaque espèce, estimée à partir de l'abondance-dominance (Ci) (échelle de Braun-Blanquet. 1932). Pour la détermination de la composition floristique, des quadras 200 200 cm ont été utilisés, suivant un gradient. Certaines plantes ne pourraient être identifiées au niveau du genre vu qu au moment de l'échantillonnage, elles n'avaient pas fleuri. La richesse en espèces (S) a ensuite été estimée. Cette méthode est une méthode biocénotiques du moment que nous avons utilisé des paramètres comme le classement des taxons indicateurs en fonction de leur sensibilité/tolérance à la pollution, la présence-absence ou l abondance de taxons indicateurs et la diversité des peuplements. Et plus particulièrement et selon (Dazy. 2008) c est la méthode des bio-intégrateurs puisque la réaction se situe au niveau populationnel et/ou communautaire (disparition ou apparition d espèces, variation de densité) car le terme bioindicateur est réservé pour des études au niveau d individu qui se traduisent par des altérations morphologiques et physiologiques. Le terme bio marquer quant à lui est réservé aux altérations moléculaires et biochimiques. -47-
Chapitre III Matériels et Méthodes Le niveau de perturbation de pollution sera déterminé par l écart par rapport aux conditions de référence c est-à-dire aux conditions en absence de perturbations. Le problème c est que ces conditions de référence varient en fonction du type de sols et de la localité. 3.1. Échantillonnage Dans un premier temps, la végétation de chaque station a été prospectée afin d identifier les principales espèces dominantes représentatives des zones étudiées. Le principe de base est de noter les espèces et le nombre d individus de chacune d elles dans les placettes délimitées et matérialisées dans le milieu (Figure18). 3.1.1. Comment faire un transect Pour faire le transect, il s agit de tendre un ruban fixé à ses deux extrémités par deux piquets inamovibles enfoncés dans le sol. Les principales espèces qui apparaissent seront soigneusement relevées le long de cette ligne. Pour le suivi, il suffira de revenir au même endroit à des intervalles de temps réguliers de tendre à chaque fois le ruban entre les deux piquets restés en terre et délimiter les mêmes placettes et noter les plantes qui sont à l intérieur. 3.1.2. Dimension des transects La largeur de tout transect dépend des types de communauté trouvés le long du gradient étudié. La taille doit être adaptée au type de végétation. Selon Niang (2010), des transects d au moins 5 m de largeur seront utilisés lorsque le type dominant de communauté comprend de grands arbres et des arbustes alors que dans notre étude des transects de 2 m de largeur sont utilisés puisque les herbacées dominent. La longueur du transect dépendra du site où s effectue le suivi. Un transect s étendant d une petite communauté à une autre peut mesurer quelques mètres, alors qu un autre associé à une rive ou un gradient en altitude pourra être beaucoup plus long. Parfois, suivant le type de végétation, le transect aura deux largeurs, ou plus, le long d un même gradient (Niang., 2010). 3.1.3. Le nombre de transects Les objectifs de ce travail et l étendue de la zone à couvrir exigent d établir plus d un transects. Ce nombre sera fonction des stations d échantillonnage et d autres considérations qui pourraient être relevées sur le terrain. Nous avons fixé deux transects pour chacune des -48-
Chapitre III Matériels et Méthodes trois stations afin d homogénéiser quantitativement nos échantillons. Chaque transect est devisé en quatre strates, homogènes du point de vue physionomie et structure de la végétation et vis-à-vis des contrastes du milieu telle que l exposition, la pente, la lumière, la topographie et autres (Figure 18). Figure 18 : Schémas de la méthode d échantillonnage de la végétation dans une station (Original, 2014) 3.1.4. La disposition des transects et leur emplacement Les transects traversent le gradient de pollution et peuvent commencer par la zone la plus polluée vers la zone la moins polluée (Figure 18), à moins qu un obstacle ou une barrière naturelle ne détermine les points de départ et d arrivée. Le repère de base du transect devrait être placé à une démarcation pratique et facilement reconnaissable. À partir de ce point, le transect peut s étendre dans les deux sens : jusqu'au centre de la pollution et dans la direction opposée traversant les différents types de végétation jusqu'à ce que le transect soit dans une zone de végétation où le gradient n est plus apparent. Dans chaque placette les conditions écologiques sont homogènes et la végétation est uniforme, La figure 19 montre la disposition des strates de prélèvement le long du gradient de pollution et selon la densité de la végétation. -49-
Chapitre III Matériels et Méthodes Strate 01 Strate 02 Strate 03 Strate 04 Figure19 : Stratification des zones selon la densité de la végétation le long d un transect (Original., 2014). 3.1.5. Relevé floristique Nous avons établi la liste de toutes les espèces rencontrées dans les placettes de relevé (Annexe 03). Un herbier des espèces présentes dans les placettes a été réalisé. La détermination des espèces a été réalisée par M. LARIBI et Mme SMAIL, (université Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou). Identification et localisation du relevé Il est important de géo référencer et de positionner l emplacement des relevés sur une carte. De plus sur le terrain, un marquage permettra de les retrouver facilement lors des visites prochaines. En effet, il s agit de matérialiser sur le terrain un angle ou le centre du relevé avec un piquet solide en veillant au danger que cela puisse constituer. Les relevés seront distribués de manière systématique suivant un pas qui pourra être décidé sur le terrain. Attributs du relevé Le relevé floristique doit aussi être complété par des indications précises permettant son identification et sa localisation dans l espace et dans le temps. Ces paramètres concernent principalement : Numéro de station, Numéro de relevé, Date, Nom du relevé, Coordonnées géographiques, Type de formation végétale, Espèces végétales dominantes, Topographie, Particularités stationnelles, Etc. 3.1.6. Taille du relevé La notion d aire minimale est conçue comme l aire sur laquelle la quasi-totalité des espèces de la communauté végétale est représentée. Une approche classique selon Bayen -50-
Chapitre III Matériels et Méthodes (1963) repose sur la «méthode des surfaces emboîtées». Le dispositif a consisté à choisir une ligne de 60 m représentant le gradient de pollution et à construire le long de celle ci des segments carrés (quadra) plus petits de 2 x 2m, soit 4m 2 (Figure 20), Ceci dit les dimensions sont adéquates et ils contenaient un échantillon d espèces représentatives de la communauté, un prélèvement exécutif des plantes est fait. Pour chacune les paramètres cités précédemment sont notés. Figure 20 : photos d un quadra 3.2. Collecte des données Pour réaliser les relevé et collecter les données d une manière juste nous avons essayé de répondre aux trois conditions qui sont exigées pour la réalisation d un relevé phytosociologique: (i) Dimensions adéquates, pour contenir un échantillon d espèces représentatives de la communauté, (ii) Uniformité de l habitat, le relevé ne débordera pas sur deux habitats différents ; (iii) Homogénéité de la végétation. Les relevés ont étés réalisés pendant trois périodes différentes ; décembre, mars et mai, ceci dans l objectif de voir les changements de composition floristique dans le temps. 4. Analyse des données. Pour connaitre l état et la structuration des communautés végétales et leurs comportements vis-à-vis les rejets des stations-services. Nous avons eu recours à plusieurs indices jugés utiles. -51-
Chapitre III Matériels et Méthodes 4.1. Richesse spécifique La richesse spécifique (S) est définie par le nombre total de taxons identifiés dans un échantillon. C est un élément qui indique la variété spécifique du peuplement autrement dit sa richesse en espèces. La richesse spécifique peut bien être un critère distinctif des écosystèmes ou des stations étudiées au sein d un écosystème donné (Marcon., 2013). 4.2. L abondance En écologie, l abondance d une espèce est le nombre total d individus de cette espèce ou le nombre d individus par unité d espace. La seconde définition réfère à la densité de la population. Les végétaux devraient être abondants là où les conditions sont plus favorables (Marcon, 2013). 4.3. Fréquence La fréquence (f), dite également indice d occurrence ou de constance (Dajoz, 1975), n est autre que le rapport du nombre de prélèvement dans lesquels l espèce est recensée, au cours du suivi, dans une station donnée et le nombre total des prélèvements effectués au niveau de la même station. Exprimée en pourcentage, la fréquence de l espèce a dans la station b (Fab) est donnée par : Fab = (Rab / Rtb) * 100, Avec : Rab : nombre de relevés où l espèce est présente dans la station b ; Rtb : nombre total des relevés réalisés au niveau de la station b. Selon cette fréquence, quatre classes d espèces sont à distinguer : - espèces constantes à fréquence temporelle comprise entre 50 et 100% ; - espèces communes à fréquence fluctuant entre 25 et 50% ; - espèces peu communes à fréquence allant de 10 à 25% ; - espèces rares à fréquence inférieure à 10%. 4.4. L'indice de Shannon Selon Marcon (2013), C est l un des indice le plus satisfaisant et le plus utilisé. Il est défini par l équation suivante (Piélou, 1975) : H = - S i-1 Pi log 2 Pi Pi =ni/n représente l abondance relative de l espèce i ni est l effectif de la population d espèce i N est la somme des effectifs des S espèces constituant le peuplement considéré -52-
Chapitre III Matériels et Méthodes H est compris entre 0.5 (faible diversité) et 4,5 (forte diversité). 4.5. Indice de diversité β La diversité béta correspond à l importance du remplacement des espèces, ou des changements biotiques, le long de gradients environnementaux (Whittaker, 1972 in Marcon, 2013). L intérêt de l étude de la diversité béta est de compléter l étude de la diversité ;(richesse spécifique et indices de diversité (vu en haut) et de rendre compte de la diversité à l échelle d un transect. La diversité béta peut être mesurée en utilisant divers indices, parmi lesquels nous retenons prioritairement l indice de Jaccard qui suit : Pj= (C/A+B-C) x 100 Avec : a = nombre d espèces de la liste a (relevé A) b = nombre d espèces de la liste b (relevé B) c = nombre d espèces communes aux relevés A et B. 4.6. Indice d équi-répartition Cet indice, développé par Daget (1976) met en évidence l importance du nombre des espèces les unes par rapport aux autres : plus l indice tend vers 1 plus les espèces ont la même abondance. Inversement, plus il se rapproche de 0 plus les effectifs sont groupés autour d une espèce, c est à dire qu une espèce est dominante. Il est donnée : E= H / log2 N N est le nombre total d espèces dans le relevé. H représentant l indice de Shannon 5. Traitement des données Nous avons entamé les traitements statistiques ont calculant les éléments statistiques de base (moyennes, valeurs minimales, valeurs maximales, variances, etc.) relatifs à chaque paramètre physico-chimique mesuré. Puis, pour visualiser les variations spatiales de chacun de ces paramètres physico-chimiques, nous avons établi des graphiques obtenus par station. L effet de la pollution sur les divers paramètres physico-chimiques étudiés le long de gradient a été testé pour chacune des stations à l aide du test statistique t de Student. L analyse de la variance à un critère et deux facteurs de classification (Anova) a été utilisée pour tester l effet selon la distance, représenté par les unités de prélèvement (Strates), pour chacun des paramètres et pour chacune des stations. Pour déceler l effet de la pollution sur la composition floristique pour chaque station, nous avons eu recours à l usage des indices de biodiversités les mieux utilisés pour ce genres -53-
Chapitre III Matériels et Méthodes de problématique (la richesse spécifique, les fréquences des espèces, l indice de Shannon, l indice de diversité B et l indice de l equirépartion). Les différents indices calculés ont faits l objet de traitement statistique Anova et des analyses factorielles de correspondance (AFC) ont été appliquées pour chaque tableau de chaque période. Pour réaliser ces tests statistiques, nous avons eu recours aux logiciels ; XL Stat et Stat Box. -54-
Chapitre IV Résultats et Discussion Chapitre IV : Résultats et discussions
Chapitre IV Résultats et Discussion 1. Étude pédologique Dans cette partie, l objectif est l estimation de l impact des apports des différents rejets des stations-services (carburants, huiles usagées, métaux lourds et autres) sur les différents paramètres physicochimique de sol selon un gradient de pollution, et d avoir une idée sur les propriétés du sol le long des transects. 1.1. l analyse granulométrique Les résultats de l analyse granulométrique du sol des différents sites, et le long de chaque transect formé par les rejets des station services (annexe 01) nous ont permis de déterminer les différentes proportions de chacun des constituants du sol qui définiront sa texture. Station de Tawrirt Les éléments les plus abondants dans la texture de Tawrirt sont le limon et le sable, comme la figure (21) le montre. L échantillon le plus polluée (Strate1) renferme le limon (52%) et le sable (34%) un peu en excès contre 43% et 42% de limon et 24% et 22% de sable dans les strates les moins polluées et non polluées (strates 2 et 3 respectivement). Tant disque l argile se présente en faible pourcentage à la source de pollution (strate 01) avec 13% contre 32% et 35% dans les deux strates lointaines de la pollution. Argile% Limon% Sable% 34,105 52,145 13,75 24,56 22,335 43,365 42,565 32,075 35,1 P1 P2 P3 Figure 21 : Composition granulométrique du sol de la station de Tawrirt selon le gradient de pollution. Station d Agouni Ocharki Tous les échantillons (Strate1, 2 et 3) de la station d Agouni Ocharki présentent une texture «limono-sableuse» (Figure 22). Cette texture est non représentative de la région, puisque les échantillons sont prélevés sur un terrain décapé. Le limon est l élément le plus -56-
Chapitre IV Résultats et Discussion abondant avec plus ou moins 50%, suivis par le sable avoisinant les 30% et l argile vient en dernier avec un taux avoisinant les 20%. Argile % Limon % Sable % 26,83 28,625 35,985 52,625 49,79 42,82 20,52 21,72 21,195 P1 P2 P3 Figure 22 : Composition granulométrique su sol de la station d Agouni Ocharki selon le gradient de pollution. Station de Fréha Dans cette station nous remarquons à partir de la figure 23 que l échantillon (Strate 1) le plus polluée est différent des deux autres échantillons, le moins polluée (Strate2) et le non pollué (Strate 3). Le premier est de texture sablo-limoneuse, la dominance de sable est très apparente avec 56% contre 24% et 19% dans les deux autres strates. Les strates 2 et 3 présentent des textures limono-argileuses avec respectivement 54% et 43% de limon et 31% et 36% d argile. Argile % Limon % sable % 24,325 19,105 56,705 54,025 43,845 33,32 31,15 36,7 9,99 P1 P2 P3 Figure 23 : Composition granulométrique de la station de Freha selon le gradient de pollution. Les échantillons des strates 2 et 3 sont de texture «limono-sableuse» ou «limonoargileuse» selon les stations. Ils sont plus ou moins équilibrés, ils contiennent plus d argile (plus de 15% généralement) que l échantillon pollué. Ceci est probablement la conséquence -57-
Chapitre IV Résultats et Discussion d une érosion sélective, qui a entrainé par effet de ruissellement superficiel, certains des éléments fins ou à cause de la dissociation par des réactifs dispersants agressifs issu des rejets des stations-services. Ces éléments fins sont d une cohésion relativement faible, donc une faible stabilité structurale et ils sont facilement érodés, les particules libres étant transportées par ruissellement. Les strates 2 et 3 qui sont relativement loin de la pollution sont de texture limono-argileuse, elles contiennent plus d argile et selon Gobat (2010) ceci leurs confèrent une propriété colloïdales et plus de stabilité structurelle. Tableau 08 : Classification des textures des différents sols selon le triangle des texture (Godwin et al. 2013) Station Strate 1 Strate 2 Strate 3 Tawrirt Limono-sableuse Limono-argileuse Limono-Argileuse Agouni Oucharki Limono-sableuse Limono-sableuse Limono-sableuse Freha Sablo-limoneuse Limono-argileuse Limon-argileuse Les sols des trois stations présentent des compositions granulométriques relativement différentes, ceci serait dû à la nature et l origine des sols (la roche mère, le climat et la végétation). Les textures des strates polluées des trois stations sont limono-sableuses hormis la station de Fréha qui est sablo-limoneuse. Le limon et le sable sont les éléments dominants. Cette texture renferme le limon un peu en excès, ce qui lui confère une perméabilité un peu mauvaise, une battance élevé et qui retient les éléments minéraux, ceci sans doute, joue un rôle important dans le stockage d une quantité importante des polluants. Et selon Gobat (2010), la faible teneur en argile lui confèreront une faible CEC ce qui augmente la biodisponibilité de ces polluants pour le végétale s il résiste à l asphyxie. 1.2. L humidité (teneur en eau) La figure 26 illustre les très forts pourcentages d humidité obtenus, pour toutes les stations et pour tous les échantillons. Ils varient entre 2,45 % (station A-O échantillon strate 3), et 8,79 % (échantillon strate 1 station Tawrirt). En s éloignant des points de rejet, la diminution des taux d humidité est nettement remarquable, néanmoins ils restent supérieurs à la norme. Le test d Anova (Annexe 02) révèle une différence significatives entre les strates ce qui atteste une structure en gradient et confirme l impact de la pollution sur ce paramètre. Le taux important de l humidité dans les strates polluée est causé par la faible perméabilité de ces sols vue leurs texture (voir l étude granulométrique), ajouté à cela l apport permanant en eau mélangé avec les différents liquides issus des stations-services, -58-
Chapitre IV Résultats et Discussion puis à la forte proportion de limon et sable dans les échantillons pollués (strates 1). Bergue (1986) rapporte que les sols à prédominance limoneuse augmentent leur capacité de rétention. La matière organique issue de ces stations-services peut jouer un rôle important dans la rétention de l eau en se comportant comme une éponge ce qui suggère l asphyxie de la plupart des êtres vivants existants. Selon Faccendini (1995), le taux élevé de l humidité joue un rôle important dans la solubilisation d une large gamme de polluants. Il s'agit essentiellement des composés organiques volatils notamment le benzène, toluène, éthylbenzène, xylène (BTEX) et le phénol. strate 01 % Strate 02 % Strate 03 % 8,79 6,77 5,72 4,82 3,975 7 6,15 5,03 2,45 TAWRIRT A-O FREHA Figure 26 : Le taux d humidité des trois stations 1.3. Études physico-chimique Les analyses physico-chimiques nous renseignent sur l ambiance dans laquelle les principaux paramètres du sol vont guider les réactions d échanges biochimiques entre le sol et la plante selon le degré de la pollution. Les graphes présentent la moyenne des valeurs des deux transects de chaque station ; l écart-type est calculé pour chaque strate pour estimer la différence entre les valeurs par apport à la moyenne. Des tests Anova sont appliqués pour toutes les données pour voir l importance de la différence entre les strates le long de chaque transect. Et les résultats sont donnés dans l annexe 02. -59-
Chapitre IV Résultats et Discussion 1.3.1. La matière organique (M.O) La teneur en matière organique des échantillons de sols analysés est comprise entre 0,25 et 10,34% (annexe 01 ; tableau 01). Les taux les plus faibles sont enregistrés dans les strates 3 où la pollution par les rejets n est plus apparente. Au regard de ces teneurs et de la texture des sols, on distingue facilement les strates pauvres, les strates moyennement pourvus et les strates bien pourvus en allant de la source de pollution vers les endroits non pollués (Figure 24). Les taux les plus faible sont enregistrés dans la station d Agouni Ocharki ceci est dû à sa faible activité et son arrêt pendant les deux dernières années. Le test d Anova (Annexe 02) a révélé des différences significatives entre les strates de chaque transect. Les strates les mieux pourvus sont celles les plus proches des rejets, faisant l objet d apport important avec les pollutions de natures organiques (hydrocarbures) d origines stations-services. Les strates intermédiaires sont caractérisées par des teneurs intermédiaires suivis par les strates dites propres, ce qui atteste la migration ou le déplacement horizontal de la pollution créant ainsi une structure en gradient. Les écarts types calculés révèlent la ressemblance des répétitions. L hétérogénéité des teneurs revient principalement à l hétérogénéité de la composition des sols et les pollutions elles-mêmes. Strate 01 strate 02 Strate 03 8,005 3,29 5 4,26 2,08 1,455 0,83 0,83 1 TAWRIRT A-O FREHA Figure 24 : Le taux de la matière organique des trois stations d étude. 1.3.2. L Azote Selon les résultats de nos analyses, les sols pollués sont pauvres en azote total. Toutefois, les strates propres sont relativement mieux pourvues, il s agit des strates 3 de chaque station. Une structure en gradient est nettement visible sur la figure 29. Les résultats des tests -60-
Chapitre IV Résultats et Discussion d Anova (Annexe 02) révèlent des différences significatives entre les strates, le taux de l azote augmente considérablement en s éloignant des sources de pollution. Strate 01 Strate 02 Strate 03 0,42 0,07 0,12 0,19 0,045 0,135 0,225 0,235 0,28 TAWRIRT A-O FREHA Figure 29 : Le taux d azote des trois stations. 1.3.3. Le rapport C/N Selon les résultats de la figure 25, les valeurs des rapports C/N sont plus importantes au niveau des strates 01 qui sont plus polluées. Le rapport le plus élevé est enregistré dans la station Tawrirt avec 37,84%, ce taux diminue en s éloignant de la source de pollution. Le test d Anova (annexe 02) révèle des différences significatives entre les strates sur chaque transect, ce qui atteste une structure en gradient pour le paramètre C/N sur tous les transect, les écarts types sont relativement faibles témoignant ainsi des ressemblances des transects effectués sur chaque station. Ce rapport n est acceptable qu au niveau des prélèvements loin des points de rejet (les strates non polluées) où le taux de matière organique est faible mais apparemment bien décomposé. Dans les zones proches des points de rejet, la matière organique est soit mal décomposée soit pratiquement à l état brut. Ceci confirme globalement que le processus de dégradation est faible, notamment l activité microbienne au niveau des échantillons très pollués (strate 01). -61-
Chapitre IV Résultats et Discussion 37,84 Strate 01 Strate 02 Strate 03 12,95 8,565 21,07 16,395 5,32 16,085 3,585 2,06 TAWRIRT A-O FREHA Figure 25: le rapport C/N des trois stations 1.3.4. Le ph Selon le graphe de la figure 27, le ph de la plupart de nos sols est proche de la neutralité, selon le classement des sols par la norme (Annexe 04), nos échantillons sont classés soit en sol neutre (7,2), faiblement alcalin, moyennement alcalin (7,9) et un cas fortement alcalin (8,5). Il semble que la pollution générée par ces stations-services n a pas d impact significatif sur le ph de ces sols vu les résultats des tests Anova (Annexe 2) qui confirment qu il n y a pas de différence entre les strates polluées et celles considérées de références. La tendance croissante ou décroissante de ce paramètre n existe. Strate 01 Strate 02 Strate 03 7,77 8,45 8,165 8,01 7,98 8,075 7,95 7,275 7,3 TAWRIRT A-O FREHA Figure 27 : Le taux de ph des trois stations 1.3.5. Calcaire total Selon les résultats de nos analyses (Figure 28), toutes les stations sont marquées par des taux de calcaires relativement faibles. Les taux les plus importants (5,87 et 6,88) sont -62-
Chapitre IV Résultats et Discussion enregistrés à Fréha et Tawrirt. Néanmoins une tendance décroissante en s éloignant de la source de pollution est constaté, et les résultats du test Anova (annexe 02), révèle une déférence significative entre les strates et la structure en gradient est nettement remarquable. La structure en gradient suggère la présence de calcaire dans les rejets des stations étudiées qui est lié probablement au calcaire dégagé des radiateurs (tartes de calcaire) après lavage. Ces tartres se forment par réaction chimique entre des minéraux présents dans le liquide de refroidissement et la chaleur dans les moteurs. Strate 01 Strate 02 Strate 03 5,87 6,885 2,225 2,64 1,82 1,82 1,82 2,63 2,225 TAWRIRT A-O FREHA Figure 28 : le taux de calcaire des trois stations 1.3.6. Le phosphore Selon nos résultats (Figure 30), le taux de phosphore est nettement plus important dans les strates les plus polluées (24 et 23%) respectivement pour les strates polluées des deux stations d Aghribs et 37% pour la même strate de la station de Fréha. La concentration de phosphore diminue en s éloignant de la source de rejet. Une différence significative entre les strates est confirmée par le test d Anova, et une structure en gradient est nettement visible. La même tendance est constatée dans les trois stations étudiées. D après nos résultats le taux de phosphore augmente dans les strates polluées, Ceci est dû surement à l apport des rejets des stations-service. Soltani (2004) rapporte que Le rejet des hydrocarbures dans les environnements qui contiennent des éléments nutritifs inorganiques en faibles concentrations, conduit généralement à des rapports carbone/azote et carbone/phosphore très élevés. -63-
Chapitre IV Résultats et Discussion Strate 01 Strate 02 Strate 03 37,655 23,545 24,595 21,925 10,27 2,385 2,565 16,085 9,235 Tawrirt A-O Freha Figure 30 : Le taux de phosphore des trois stations 1.3.7. La CE Selon nos résultats présentés dans la figure 31, les valeurs de la CEC sont plus importantes au niveau des strates polluées (0,17, 0,55 et 0,23) respectivement pour Tawrirt, Agouni Ocharki et Freha. En s éloignant des sources de pollution les valeurs ont tendance à diminuer ce qui suggère l impact des rejets sur ce paramètre. Les tests d anova (Annexe 02) appliqués pour chaque station montrent une différence significative entre les strates. Il apparaît que les taux décroissent est régulière, ce qui révèle une structure en gradient. Strate 01 Strate 02 Strate 03 0,54 0,17 0,155 0,12 0,265 0,165 0,23 0,165 0,105 Tawrirt A-O Freha Figure 31 : Le taux de C.E. des trois stations Les contaminants présents dans les rejets des stations-services sont de nature chimique organique (hydrocarbures, des solvants ) et inorganique (métaux lourds et autres). Les propriétés intrinsèques de ces contaminants, en plus de celles des sols, joue un rôle essentiel -64-
Chapitre IV Résultats et Discussion dans leur migration. Cette même migration à travers le sol est un facteur aggravant de la pollution. La variation graduelle de la plupart des paramètres physicochimiques est confirmée par nos analyses. La propagation horizontale des contaminants semble s estomper à une certaine distance ceci se traduit par le retour à la normal des valeurs des différents paramètres analysés. Nous essayons dans l étude floristique, à travers l analyse des différents indices de biodiversités et les paramètres préjugés importants, de voir si l effet sur la flore se superpose à l effet de cette même pollution sur les paramètres du sol. 2. L Étude floristique Dans le souci d étudier les différents indices de la richesse et de la biodiversité floristique dans chaque relevé et pour voir ainsi leurs variations le long des gradients de pollution, nous avons procédé à des arrangements (ordinations) des tableaux bruts. Ensuite nous avons calculé les différents indices jugés utiles pour connaitre l état et la structuration des communautés végétales ainsi que leur comportement vis-à-vis les rejets des stations-service. 2.1. Richesse spécifique Le tableau 09 montre le nombre des espèces rencontrées dans chaque strate échantillonnée le long de tous les transects durant les trois périodes. Tableau 09: la richesse spécifique de chaque relevé Periode Dece mber Mars Mai transect Tawrirt Agouni Ocharki Freha St1 St2 St3 St4 St1 St2 St3 St4 St1 St2 St3 St4 T1 6 13 20 29 7 9 20 27 4 9 16 28 T2 6 14 21 33 4 9 20 32 2 10 16 24 T1 6 13 18 35 5 12 20 33 6 9 20 34 T2 7 12 23 33 5 12 23 38 6 12 22 39 T1 13 19 25 38 6 12 22 39 6 15 25 39 T2 7 23 33 41 7 12 22 40 6 16 30 40 Le nombre d espèces récoltées au mois de mai est le plus élevé, nous avons dénombré 40 espèces en moyen contre 35 au mois de mars et seulement 28 espèces sont inventoriées au mois décembre. Dans les strates 1 (strates polluées) nous avons inventoriées du nombre le plus faible d espèces, 6 espèces en moyen dans les trois stations respectivement. L augmentation progressive de nombre d espèces en s éloignant de la source de pollution est nettement visible comme le démontre la figure 32. -65-
Chapitre IV Résultats et Discussion Figure 32 : Variation du nombre d espèces sur chaque transect dans les trois stations et pendant les trois périodes d étude selon le gradient de pollution. Nous remarquons que plus les placettes sont proches de la pollution plus le nombre des espèces diminue. Cette raréfaction progressive des espèces serait directement liée à la distance de la source de pollution (Figure 32). Les placettes les plus riches sont celles les plus éloignées de la source de pollution. La richesse spécifique de chaque placette est significativement différente des autres, le facteur prépondérant causant cette différence est le changement des conditions de milieu (édaphique notamment) perturbé par les rejets des stations-service. Ceci est démontré via le test d Anova (Tableau 10). Tableau 10 : Résultats des tests Anova sur la richesse spécifique pour les trois périodes Facteur 1 : Strates. Facteur 2 : Stations D après les résultats de ce test, La richesse spécifique entre les quatre strates de chaque transect diffère de façon très hautement significative et cela pendant les trois périodes. Ce qui -66-
Chapitre IV Résultats et Discussion nous confirme l effet des changements progressifs des conditions du milieu causés par la perturbation (rejets des stations-services). Le test de Newman et Keuls (Tableau 11) nous ressort quatre groupes homogènes (A, B, C et D) pour le facteur 1 le long des mêmes transects qui concordent parfaitement avec le dispositif de prélèvement mis en place pour l étude floristique où le groupe A est celui prélevé là où l effet de la pollution n est plus apparent, et D est celui prélevé directement dans la strate où la perturbation est la plus intense. Tableau 11: Résultats du test de Newman et Keuls pour le facteur 1 Pour le facteur 2, le test de Newman et Keuls nous montre l existence de deux groupes homogènes (Tableau 12). Au mois de décembre les deux stations (Agouni-Ocharki et Tawrirt) se trouvent dans le groupe (A) avec aux moyennes 17,7 et 16 espèces et Fréha dans le groupe (B) avec une moyennes de 13 espèces. Cette différence peut être expliqué par la différence altitudinale et les conditions écologiques et climatiques entre les deux régions et le fait que les deux premières stations n ont subi aucune influence anthropogénique (terre travailler et pâturage) pendant le mois de décembre tant dis que pour la station de Fréha, la terre a été travaillée et pâturée juste avant l échantillonnage, ce qui a influencé la poussée des plantes. Au mois de mars nous n avons pas de groupes comme au mois de décembre, les trois stations sont rassemblées dans un seul groupe (A), ceci serait dû au ralentissement des poussées des plantes dans les deux stations de la région d Aghribs, ce qui a permis à la station de la région de Fréha de compenser la différence enregistrée au mois de décembre. La cause serait sans doute l effet de saisonnalité et surtout les conditions climatiques (température et -67-
Chapitre IV Résultats et Discussion précipitation) plus propices et précoce a Fréha qui seraient favorables au développement de la végétation, alors qu en altitudes (Aghribs) les conditions climatiques sont encore drastiques (températures basses) ce qui a causé un ralentissement du développement des végétaux dans ces stations. En mois de Mai, nous remarquons un autre classement différent des deux premiers, la station d Agouni Ocharki est classée dans le groupe (A) avec une moyenne de 24 espèces, Fréha dans un groupe intermédiaire (AB) avec une moyenne de 22 espèces et la station de Tawrirt dans le groupe (B) avec moins d espèces (20). Ceci peut être expliqué en partie par la réduction de sources de la pollution dans les stations d Agouni Ocharki et Fréha où au stockage des rejets dans des barils pour être récupéré par des sociétés privées à des fins de recyclage ce qui stipule probablement la diminution du degré de pollution et l élargissement de l intervalle de tolérance de beaucoup d espèces. Tableau 12 : Résultats du test de Newman et Keuls pour le facteur 2. 2.2. L abondance Le tableau ci-dessous montre le nombre d individus, (toutes espèces confondus), trouvés dans chaque strate échantillonnée le long des transects durant les trois périodes. -68-
Chapitre IV Résultats et Discussion Tableau 13 : Nombre d individus des relevés Station 1 Station 2 Station 3 Periode Transacts St1 St2 St3 St4 St1 St2 St3 St4 St1 St 2 St3 St4 Décembre T1 15 56 119 250 17 31 105 252 8 18 50 149 T2 10 58 94 224 9 28 95 187 10 24 59 152 Mars T1 20 33 84 220 9 27 92 279 12 23 86 234 T2 15 28 83 222 10 35 109 244 10 22 57 263 Mai T1 31 57 105 169 15 36 71 169 19 46 86 181 T2 20 52 95 188 22 40 78 168 20 56 98 236 Le nombre d individus (toute espèces confondues) diminue progressivement le long des transects en se rapprochant des sources de pollution, le nombre le plus élevé de 279 individus est enregistré au mois de mai à la station d Agouni Oucharki. Le nombre le plus faible est enregistré dans les strates les plus polluées ne dépassant pas les trentaines d individus.le test d anova (Tableau 14) nous révèle qu il existe une différence très hautement significative entre les strates pour lesquelles la structure en gradient est nettement visible alors que pour les stations et contrairement à la richesse spécifique il n existe pas de différence significative en mars et mai par contre en décembre, on a une différence hautement significative. Tableau 14 : Résultats des tests Anova pour les trois périodes L analyse du nombre des plantes sans nous intéressé à l espèce, nous montre une augmentation plus importante que celle enregistrée chez le gradient des espèces, le tapis végétale devient de plus en plus dense en s éloignant de la source de pollution. D après les résultats du test de Newman et Keuls, (Tableau 15), il existe quatre groupes homogènes (A, B, C et D) le long des transects. Le groupe A correspond aux strates les plus -69-
Chapitre IV Résultats et Discussion loin de la pollution (extrémité propre de transect) et le groupe D correspond aux strates les plus proche de la pollution. La densité de la végétation augmente au fur et à mesure le long du gradient en s éloignant des sources de pollution. Tableau 15 : Résultats de test de Newman et Keuls 2.3. Fréquence La fréquence est le rapport du nombre de prélèvement dans lesquels l espèce est recensée, au cours du suivi, dans une station donnée et le nombre total des prélèvements effectués au niveau de la même station. Les espèces sont classées dans le tableau ci-dessous selon leurs fréquences Tableau 16 : Résultats de classement des espèces selon leurs fréquences Classe d espèces Espèces espèces constantes espèces communes espèces peu communes espèces rares -Bromus sp (Poa) -Picris echioides (Aste) - Inula viscosa (Ast) -chamaemelum fuscatum (Ast) -Scorpiurus sulcatus (Fabaceae) -taraxacum vulgar (composteae) -Elymus repens (Poac) -Euphorbia cyparissias (Euph) -Vicias sativa (Faba) -xanthium stumanium (Aste) -Briza maxima (Poa) -Verbascum thapsus Verbasceae -Sinapis Arvensis (Bras -Medicago sp (Faba ) -plantago Major (Plant) -Brascécaceae (Cruci) -Serinthe major (Bora) -Scrophulariaceae -Hypochoeris radicata (Ast) -G Senecio (Aste) -Mentha pulegium (lam) -Trifolium repens (fab) -blackstonia perfoliata (Gen) -Stachys ocymastrum (Lam) -Geranium robertium (Gera) -Bellis Annua ssp (Aste) -Minuta (Apia) -Galactites tomentosa (Aste -Lolium multiforum (poac) -Avena sterilis (Poac) -Taraxacum sp (Aste) -Chlora perfoliata (gent) -Chrysanthemum segetum (Aste) -Renonculus SP (Reno) -Heolysarum flexuosum (Fab) -Borago officinalis (Bora) -Malva sylvestiris (Gera) -Geranium Sp (Geran) -Daphné guidium - Docus carota (Apia) -lamiaceae -Ichium plantglium (bora) -Fedia Cornucopiae (Vale) -chénopodiacées -linaria Sp (Saro) -Gallium Sp (Rub) -blackstonia perfoliata (Gent) -Andryala integrifolia L (Aste) -Papavere rhoeas ( papav) -Mentha Sp (Lam) -Orchis sp (Orch) -Ophrys sp (Orch -70-
Chapitre IV Résultats et Discussion La plus part des espèces appartient aux familles des Asteraceae et les Poaceae, puis viennent les Fabaceae. Elles sont présentes pratiquement dans toutes les strates le long des gradients. Ces résultats sont semblables à ceux trouvés par Bazaz (1996) et Baize, (2008) selon lesquels les Asteraceae et Poaceae, sont les familles les plus abondantes sur les terrains pollués. Leur abondance diminue en se reprochant des points de rejets, ceci stipule qu elles présentent moins de sensibilité vis-à-vis de la pollution. Néanmoins le stress est apparent chez certaines d elles dans les strates polluées et peu polluées. Certaines espèces sont citées par Baize 2008 comme tolérantes à la pollution métallique et à certains types d hydrocarbures, à savoir Bromus sp, Picris echioides, Sinapis arvensis et Euphorbia. Des bio-essais s avèrent nécessaires sur ces espèces pour affirmer ou infirmer cette hypothèse. D autres espèces prélevées dans les strates polluées ne sont pas connues pour leurs tolérances, il s agit de Chamaemelum fuscatum, Inula viscosa, Briza maxima, Scorpiurus sulcatus, 2.4. L'indice de Shannon Il apparaît que l indice de Shannon croisse régulièrement, ce qui révèle une structure en gradient, de graphe (figure 33), nous remarquons la même tendance de l indice de Shannon sur tous les transects et dans les trois stations pendant les différentes périodes. L indice le plus faible est enregistré dans les strates polluées, tandis que dans les strates non polluée et proche de pollution, l indice de shannon est beaucoup plus élevé. 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 T2 December Mars Mai December Mars Mai December Mars Mai Station de Agouni Ochatki Station Taourirt Iban Station FREHA relevés florestique Strate1 Strate2 Strate 3 Strate 4 Figure 33 : les valeurs des indices de Shannon -71-
Chapitre IV Résultats et Discussion Les résultats des tests Anova (Tableaux 17) nous révèlent des différences très significatives entre les strates. La perte de la biodiversité sous pression de la pollution évolue sans doute suivant le degré de la pollution et par conséquent la distance à la pollution. Ce qui nous conduit à confirmer la sensibilité de ce type de végétation locale à ce types de pollution, peut d espèces pousse dans ces milieux, celle-ci caractérisé par la réduction de la biomasse, des nécroses et des jaunissements. Comme ça été rapporté par Consa (2007), les communautés végétales se comportent de la même façon dans les trois stations malgré la différence des conditions écologiques, climatiques et édaphiques, et pendant les trois périodes. Les indices de biodiversité dans les sols non polluées sont plus importants que dans les sols pollués. Tableaux 17 : Anova de l indice de Shannon pour les trois périodes D après les résultats de test de Newman et keuls (Tableau 18), il existe trois groupes homogènes aux mois de Décembre et Mars. Les strates polluées appartiennent au groupe C avec l indice moyen le plus faible, les strates les plus proches, 2 et 3 sont classées dans le groupe B avec des indices moyens et en fin les strates dite propres là où la pression de la pollution n est plus apparente sont classées dans le groupe A avec une moyenne importante. Ceci permet de soulignée encore une fois l impact de la pollution sur la diversité floristique local. Au mois de mai il existe quatre groupes homogènes, l indice moyen diminue progressivement en se rapprochant de la source des rejets. -72-
taux de deversité conservé entre deux Zones Chapitre IV Résultats et Discussion Tableau 18 : Résultats du test de Newman et Keuls 2.5. Indice de diversité β Pour voir le taux de perte de biodiversité en passant d une strate à l autre le long des gradients nous avons calculé l indice de diversité β (Figure 34). 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Strate 4/Strate 3 Strate3/Strate2 Strate 2/Strate1 Strate 4/Strate1 Figure 34 : la moyenne des indices de diversités B Le long du gradient de la pollution, nous remarquons qu en moyenne, 50% de la flore est commune entre les milieux propres et les milieux peu pollués ; 40% entre le milieu peu polluée et le milieu pollué d une part et entre le milieu pollué et très pollué d autre part. De même nous n avons que 12% de la flore qui est conservée entre le milieu propre et le milieu très pollué. Ce résultats permet de suivre l évolution de la composition floristique le long du gradient de pollution, une grande partie des espèces est non conservée, ceci témoigne de la -73-