Thèse réalisée par Ludovic LESVEN, Ecole Doctorale des Sciences de la Matière, du Rayonnement et de l’Environnement, Université des Sciences et Technologies de Lille, décembre 2008.
La pollution de l’environnement aquatique par les substances métalliques est un des problèmes majeurs auxquels doit faire face la société actuelle. Ces substances entrent dans les systèmes aquatiques par des sources ponctuelles et diffuses, sous formes particulaires, dissoutes et colloïdales. Elles tendent à s’accumuler dans les sédiments et, souvent, à se concentrer dans la chaîne trophique aquatique. Cette dégradation de la qualité du milieu aquatique a des répercussions sociales et économiques importantes. En principe, des actions peuvent être entreprises pour restaurer la qualité des milieux aquatiques (identification des pollueurs, développement de stations d’épuration…).
Cependant, pour être efficaces, ces actions, qui sont coûteuses, doivent s’appuyer sur une connaissance des processus qui contrôlent les échanges des substances toxiques entre les sédiments, l’eau et les organismes aquatiques. L’interface eau-sédiment est probablement le site le plus réactif d’un système aquatique fluvial du point de vue chimique et biologique. Les particules biogéniques, authigéniques et minérales qui se déposent à la surface du sédiment s’accumulent avant de se dégrader au cours des différents processus diagénétiques. Plus précisément, l’oxydation du carbone organique naturel par voie bactérienne et la réduction conjointe d’accepteurs d’électrons comme O2, NO3-, Mn(III, IV), Fe(III) et SO4 2- génèrent des gradients chimiques très prononcés au niveau de l’interface (pH, potentiel d’oxydoréduction, composition ionique…). La mobilité des éléments traces métalliques dans le sédiment est alors contrôlée par des interactions chimiques [réactions rédox, (dé)sorption et précipitation/dissolution], biologiques [certaines bactéries utilisent des réducteurs pour leur développement] ou physiques [remise en suspension de particules, bioturbation…] entre les phases solide et liquide. Ainsi, les mesures visant à comprendre les mécanismes responsables du comportement et du devenir des métaux dans le compartiment sédimentaire doivent donc être réalisées à une échelle spatiale très fine afin d’estimer au mieux la réalité des phénomènes observés. Généralement, les teneurs en espèces métalliques sont atteintes après découpage d’une carotte sédimentaire et séparation des phases solide et liquide par centrifugation. Cette première approche, impérativement réalisée en condition anoxique, peut être affinée par la réalisation de profils verticaux millimétriques à l’aide de sondes DET/DGT. (DET : Diffusive Equilibrium in Thin Films et DGT : Diffusive Gradients in Thin Films). Ces dernières permettent également de réaliser des études de spéciation.
C’est dans ce contexte environnemental que ce travail de recherche a été mené afin d’étudier les processus biogéochimiques se produisant dans les couches sédimentaires superficielles, moyennement contaminées, de trois sites retenus dans le cadre du programme INTEEREG III « Stardust » (Spatial and Temporal Assessment of high Resolution Depth profiles Using novel Sampling Technologies) : la Lys (au niveau de Wervick), l’Escaut (au niveau d’Helkijn) et le canal de l’Espierre. L’état de contamination de ces trois sites d’étude permettra, entre autre, de mieux comprendre le rôle joué par les sulfures sur la distribution des éléments traces métalliques (ETM) dans les sédiments et les eaux interstitielles. L’évaluation de la toxicité potentielle de ces sédiments à l’aide d’indices de contamination ainsi que l’estimation des flux diffusifs permettront, entre autre, de mettre en évidence le rôle clé joué par le compartiment sédimentaire sur la mobilité des éléments traces métalliques.