The role of environmental factors on trace-metalconcentrations in urban lakes - Lake Pampulha, Lake Créteil and 49 lakes in the Ile-de-France region

Le rôle des facteurs environnementaux sur la concentration des métaux-tracesdans les lacs urbains -Lac de Pampulha, Lac de Créteil et 49 lacs péri-urbains d’Ile de France Les lacs jouent un rôle particulier dans le cycle de l’eau dans les bassins versants urbains. La stratification thermique et le temps de séjour de l’eau élevé favorisent le développement phytoplanctonique. La plupart des métaux sont naturellement présents dans l’environnement à l’état de traces. Ils sont essentiels pour les organismes vivants. Néanmoins, certains métaux sont connus pour leurs effets toxiques sur les animaux et les humains. La concentration totale des métaux ne reflète pas leur toxicité. Elle dépend de leurs propriétés et de leur spéciation (fractions particulaires, dissoutes: labiles ou biodisponibles et inertes). Dans les systèmes aquatiques, les métaux peuvent être absorbés par des ligands organiques ou minéraux. Leur capacité à se complexer avec la matière organique dissoute (MOD), particulièrement les substances humiques, a été largement étudiée. Dans les lacs, le développement phytoplanctonique peut produire de la MOD non-humique, connue pour sa capacité complexante des métaux. Pourtant, peu de recherche sur la spéciation des métaux dans la colonne d’eau des lacs urbains a été réalisée jusqu’à présent.Les objectifs principaux de cette thèse sont (1) d’obtenir une base de données fiables des concentrations en métaux traces dans la colonne d’eau de lacs urbains représentatifs; (2) d’évaluer leur biodisponibilité via une technique de spéciation adéquate ; (3) d’analyser leur évolution saisonnière et spatiale et leur spéciation; (4) d’étudier l’impact des variables environnementales, en particulier de la MOD autochtone sur leur biodisponibilité; (5) de lier la concentration des métaux au mode d’occupation du sol du bassin versant.Notre méthodologie est basée sur un suivi in-situ des lacs en complément d’analyses spécifiques en laboratoire. L’étude a été conduite sur trois sites: le lac de Créteil (France), le lac de Pampulha (Brésil) et 49 lacs péri-urbains (Ile de France). Sur le lac de Créteil, plusieurs dispositifs de mesure en continu nous ont fourni une partie de la base de données limnologiques. Dans le bassin versant du lac de Pampulha, la pression anthropique est très importante. Le climat et le régime hydrologique des 2 lacs sont très différents. Les 49 lacs de la région d’Ile de France ont été échantillonnés une fois pendant trois étés successifs (2011-2013). Ces lacs nous ont fourni une base de données synoptique, représentative de la contamination métallique à l’échelle d’une région fortement anthropisée.Afin d’expliquer le rôle des variables environnementales sur la concentration métallique, le modèle Random Forest a été appliqué sur les bases de données du lac de Pampulha et des 49 lacs urbains avec 2 objectifs spécifiques: (1) dans le lac de Pampulha, comprendre le rôle des variables environnementales sur la fraction labile des métaux traces, potentiellement biodisponible et (2) dans les 49 lacs, comprendre la relation des variables environnementales, particulièrement au niveau du bassin versant, sur la concentration dissoute des métaux. L’analyse des relations entre métaux et variables environnementales constitue l’un des principaux résultats de cette thèse. Dans le lac de Pampulha, environ 80% de la variance du cobalt labile est expliqué par des variables limnologiques: Chla, O2, pH et P total. Pour les autres métaux, le modèle n’a pas réussi à expliquer plus de 50 % de la relation entre fraction labile et variables limnologiques. Dans les 49 lacs, le modèle Random Forest a donné un bon résultat pour le cobalt (60% de la variance expliquée) et un très bon résultat pour le nickel (86% de la variance expliquée). Pour Ni les variables explicatives sont liées au mode d’occupation du sol : « Activités » (Equipements pour l’eau et l’assainissement, entrepôts logistiques, bureaux…) et « Décharge ». Ce résultat est en accord avec le cas du lac de Créteil où la concentration en Ni dissous est très élevée et où les catégories d’occupation du sol « Activités » et « Décharges » sont dominantes