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Bruits de fond géochimiques des métaux en milieu marin Jean-François CHIFFOLEAU IFREMER – centre de Nantes Département de Biogéochimie et dEcotoxicologie.

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1 Bruits de fond géochimiques des métaux en milieu marin Jean-François CHIFFOLEAU IFREMER – centre de Nantes Département de Biogéochimie et dEcotoxicologie Premières journées « Micropolluants Aquatiques » ONEMA, mars

2 Pourquoi cette histoire de bruit de fond ? DIRECTIVES DIRECTIVE 2008/105/CE DU PARLEMENT EUROPÉEN ET DU CONSEIL Du 16 décembre 2008 établissant des normes de qualité environnementale dans le domaine de leau, modifiant et abrogeant les directives du Conseil 82/176/CEE, 83/513/CEE, 84/156/CEE, 84/491/CEE, 86/280/CEE et modifiant la directive 2000/60/CE L 348/84 FR Journal officiel de lUnion Européenne ANNEXE I – PARTIE B : 3. … Les États membres peuvent, lors de lévaluation des résultats obtenus au regard des NQE, tenir compte : a) des concentrations de fond naturelles pour les métaux et leurs composés, si elles entravent la conformité avec la valeur fixée dans les NQE ; …

3 Prise en compte du bruit de fond dans le cadre de la DCE Pour la surveillance chimique des métaux, la DCE autorise donc la prise en compte du niveau de concentration naturel ou « fond géochimique » dans les eaux de surface (Directive 2008/105/CE du 16 décembre 2008, Annexe 1, partie B). Cette prise en compte qui consiste à soustraire les valeurs de fonds géochimiques aux concentrations mesurées avant de les comparer aux normes de qualité environnementales (NQE), est motivée par les risques de déclassement non justifié des masses deau où une éventualité dun fond géochimique élevé a été identifié pour un métal donné.

4 Bruit de fond géochimique des métaux dans lenvironnement aquatique 1 – Les métaux sont des éléments naturels, donc leur concentration naturelle dans lenvironnement nest pas nulle. Elle peut varier suivant la nature du lieu. 2 – Toutefois, les métaux sont émis dans lenvironnement par différentes sources anthropiques (industrielle, agricole, urbaine) depuis des décennies. Latmosphère étant une voie de transfert privilégiée de nombreux contaminants métalliques (cas en particulier du mercure et du plomb), on considère que la contamination métallique est ubiquiste. 3 – En conséquence, on peut considérer que toute matrice en équilibre avec latmosphère (cas de leau de mer) a un niveau de concentration en métaux supérieur à celui quelle avait aux époques pré-industrielles. Dans le milieu marin, on ne mesurera donc jamais directement un BRUIT DE FOND GEOCHIMIQUE, mais plutôt dans les zones les moins contaminées un NIVEAU DE REFERENCE ACTUEL.

5 Point sur les études relatives au fond géochimique des métaux BRGM : CEMAGREF : IFREMER : pas de fiche prévue en Des travaux réalisés entre 2002 et 2010 pour dresser à grande et moyenne échelle les zones à risque de teneurs élevées sur différents métaux, avec des niveaux de confiance plus ou moins bons en fonction notamment de la qualité des données disponibles sur eaux souterraines et eaux superficielles fiche N° 13 bis de la convention ONEMA-CEMAGREF 2010 : Détermination du fond géochimique pour les métaux dans les eaux de surface continentales. Etude de 3 ans : * Travail théorique scientifique sur le sujet * Acquisition de données de qualité suffisante sur les métaux sélectionnés dans les eaux de surface identifiées comme « de référence » * Interprétation des résultats ; apports de la méthodologie fiche N° DOM 7 de la convention ONEMA-IFREMER 2009 : Définition des valeurs de bruit de fond dans l'eau de mer des 4 métaux de la Directive fille. Etude de 2 ans : * acquisition de données de qualité dans les eaux de mer côtières des DOM * Interprétation des résultats

6 Comment déterminer des concentrations de référence en milieu marin côtier Masses deau côtières masses deau de transition (estuaires) nature géologique du lieunature géologique du lieu (et des apports fluviatiles) upwellings Courants saisonnierssalinité, turbidité, pHproduction primaireapports atmosphériques rejets directs(industriels, urbains)rejets directs(industriels, urbains) RuissellementRuissellement apports fluviatilesTrafic maritime (dont rejets, accidents)dragages Facteurs influençant les concentrations en éléments traces en milieu marin : naturels contamination

7 Cas des masses deau côtières (le plus simple) Comment déterminer des concentrations de référence en milieu marin côtier La contamination métallique est ubiquiste depuis près de 200 ans. Déterminer un bruit de fond géochimique consiste à analyser une matrice agée de près de 200ans Leau : pas de mémoire Le biote : à part quelques collections « de museum », impossible Le sédiment : oui, en profondeur; certaines carottes sont exploitables dans ce sens de trouver des carottes sédimentaires « exploitables » (i.e. sédiment fin, sédimentation régulière, horizon profond ante-industrialisation accessible, datation) dans une zone devant servir de zone de référence (donc a priori très peu contaminée). dévaluer le fond géochimique des métaux dans la carotte (horizons profonds) destimer un facteur denrichissement entre les niveaux actuels et le fond géochimique dappliquer éventuellement ce facteur aux concentrations dissoutes Le challenge consiste à transférer à la colonne deau des observations faites dans le sédiment. Il sagit donc :

8 1 - Identifier des zones de référence : Il sagit de rechercher pour chaque région impactée une région de nature comparable, mais non impactée. Pour cela, on peut utiliser les données des réseaux de surveillance : - RNO matière vivante (actuellement ROCCH), et /ou RINBIO (Réseau Intégrateur Biologique) qui donnent la distribution longitudinale de la contamination dans les moules sur la côte - RNO sédiment (actuellement ROCCH), qui donne la distribution spatiale de la contamination dans les sédiments 2 - Estimer le facteur denrichissement entre concentrations de référence et bruits de fond dans ces zones: - utilisation de carottes sédimentaires, qui donnent lévolution historique de la contamination dans les sédiments 3 – Mesurer les concentrations de contaminants dissous dans la colonne deau La comparaison entre ces concentrations et la NQE, modifiée ou non par le facteur denrichissement sédimentaire, indiquera lintérêt et le degré de précision de la méthode. Cas des masses deau côtières (le plus simple) Comment déterminer des concentrations de référence en milieu marin côtier

9 Déterminer des concentrations de référence en milieu marin côtier Cas des masses deau côtières (le plus simple) 1 - Identifier des zones de référence Un exemple : le plomb dans les moules du RNO Valeurs de référence Pb = 0.6 ± 0.1 µg/g Zone de référence : létang de Thau

10 Déterminer des concentrations de référence en milieu marin côtier Cas des masses deau côtières (le plus simple) 2 - Evaluer limportance de lécart entre concentrations de référence et bruits de fond dans ces zones Bruit de fond géochimique Les sédiments actuels les moins contaminés dans cette région ont une concentration en plomb double de celle du fond géochimique (F.E. 2) Un exemple : des carottes sédimentaires dans létang de Thau

11 Déterminer des concentrations de référence en milieu marin côtier Cas des masses deau côtières (le plus simple) 3 – Mesurer les concentrations correspondantes de contaminants dissous dans la colonne deau Mode opératoire : - prélèvement dans des conditions ultra-propres - filtration en salle blanche - extraction liquide-liquide - mesure de Pb à lICP-MS (LQ = 1 ng/L) - assurance qualité Un exemple : concentration en plomb dissous dans les régions « propres » de létang de Thau : Pb = 20 ± 3 ng/L Pour mémoire, NQE (plomb) = 7.2 µg/L. Peut-on écrire que BF(Pb dissous) = 20/2 = 10 ng/L ? Bruit de fond géochimique du plomb dissous à Thau <= 20 ng/L Peu dintérêt quand on sait que déjà la valeur de référence dans cette région est très largement inférieure ne serait-ce quà la précision de la NQE.

12 Déterminer des concentrations de référence en milieu marin côtier Cas des masses deau de transition Il sagit le plus souvent destuaires, régions où sont retrouvés de forts gradients de salinité, de turbidité, de pH. NQE 0.2 µg/L Estuaire de la Gironde Estuaire de la Seine Estuaire de la Loire salinité Exemple du cadmium Apport de la modélisation

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