Évaluation de la biodisponibilité des métaux dans l’eau de surface et les sédiments de la rivière Al-Ghadir (Mont-Liban)

Le cycle biogéochimique des métaux traces a été fortement accéléré par les activités anthropiques qui ont entraîné une contamination des eaux et des sédiments des rivières. A la suite de leurs émissions, la majorité des métaux traces se trouvent sous forme particulaire qui se transportent par ruissellement et se retrouvent en milieu fluvial où elles sédimentent et dont une partie est susceptible d'être solubilisée vers la colonne d'eau suite aux modifications des conditions physico-chimiques du milieu et sous l'action des microorganismes autochtones et pouvant après interagir avec la chaîne alimentaire et présenter un danger potentiel de toxicité pour l'homme et pour les autres organismes vivants. Dans cette étude, nous avons choisit de travailler sur le site de la rivière Al-Ghadir qui présente un cas exceptionnel et original des pollutions où la hauteur de sédiments, comprenant plusieurs types de polluants, est plus qu'un mètre. L'objectif de cette thèse était de comprendre et d'évaluer le rôle du compartiment microbien dans les sédiments de la rivière Al-Ghadir, qui est la source la plus polluante de la méditerranéen, sur la mobilité des métaux et leurs effets sur les eaux souterraines. Cette étude était réalisée en deux séries d'expériences (Batch et colonne du sol) semblables aux situations se trouvant dans la rivière. Une caractérisation physico-chimique et chimique des sites d'étude a été effectuée comme première étape afin ensuite de débuter l'approche expérimentale qui a permis d'isoler les processus physico-chimiques de ceux qui sont imputables à l'activité microbiologique. Dans les expériences menées en réacteurs fermés (batchs), nous avons montré que les activités microbiennes sont corrélées aux fortes dissolutions des métaux, en particulier du Fe, Mn, Pb, Cu et Zn. Le fer semble apparaître comme l'élément le plus solubilisé et sa solubilisation était corrélée à celle d'autres métaux traces laissant supposer que ces métaux sont associés aux oxydes de fer. Cette hypothèse a été confirmée par les extractions séquentielles indiquant la présence de bactéries ferri-réductrices qui, lors de la fermentation du glucose et la production d'acides organiques, ont réduit les oxydes de fer. Ces derniers ont entraîné la dissolution des métaux traces et une modification des populations bactériennes qui ont été détectés par l'étude microbiologique et génétique après cinq jours d'incubation. L'effet des bactéries sur la mobilisation des métaux a été ensuite étudié selon des expériences portant sur l'étude hydrodynamique du transfert des métaux en colonnes de sédiments et dans des conditions proches à celles du terrain. Nous avons montré que (i): les métaux étudiés ne sont pas lixiviés dans les mêmes ordres et en règle générale montrent l'ordre suivant (en μg/l): Fe>Mn>Cd>Zn>Cu>Pb≥Cr ; (ii) les métaux vont se reprécipiter sur les phases néoformées après que le système regagne l'équilibre. Les études du profil de distribution des métaux dans les colonnes ont mis en évidence que les métaux ont été lixiviés des sédiments durant l'incubation de façon homogène. Cette répartition dépend de la hauteur du sédiment: la ré-distribution est maximale à la surface des sédiments (0-10 cm), alors qu'à une profondeur située entre 10 et 25 cm elle est nulle. Ce phénomène est expliqué par le fait que les métaux après avoir été solubilisés et passés en solution, ils seraient réadsorbés sur les phases électrochimiques négatives, néoformées et colloïdales ce qui explique la diminution de la concentration des métaux dans le lixiviat obtenu en laboratoire et permet de penser que ce mécanisme de piégeage des métaux dans la colonne limite la migration de ces derniers vers les eaux souterraines, tant que la capacité d'adsorption des colloïdes présents n'est pas atteinte et que le système soit en équilibre