Bruits de fond géochimiques des métaux en milieu marin

1. Bruits de fond géochimiques des métaux en milieu marin Jean-François CHIFFOLEAU IFREMER – centre de Nantes Département de Biogéochimie et d’Ecotoxicologie Premières journées « Micropolluants Aquatiques » ONEMA, 10-12 mars

2. Pourquoi cette histoire de bruit de fond ? FR Journal officiel de l’Union Européenne 24.12.2008 L 348/84 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 l’eau, 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 ANNEXE I – PARTIE B : 3. … Les États membres peuvent, lors de l’évaluation 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 d’eau où une éventualité d’un fond géochimique élevé a été identifié pour un métal donné.

4. Bruit de fond géochimique des métaux dans l’environnement aquatique 1 – Les métaux sont des éléments naturels, donc leur concentration naturelle dans l’environnement n’est pas nulle. Elle peut varier suivant la nature du lieu. 2 – Toutefois, les métaux sont émis dans l’environnement par différentes sources anthropiques (industrielle, agricole, urbaine) depuis des décennies. L’atmosphère 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 l’atmosphère (cas de l’eau de mer) a un niveau de concentration en métaux supérieur à celui qu’elle 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 :  pas de fiche prévue en 2010.  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  CEMAGREF :  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  IFREMER :  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 Facteurs influençant les concentrations en éléments traces en milieu marin : Masses d’eau côtièresmasses d’eau de transition(estuaires) nature géologique du lieu nature géologique du lieu (et des apports fluviatiles) upwellings Courants saisonniers salinité, turbidité, pH production primaire production primaire apports atmosphériques apports atmosphériques rejets directs(industriels, urbains) rejets directs(industriels, urbains) Ruissellement Ruissellement apports fluviatiles Trafic maritime (dont rejets, accidents) Trafic maritime (dont rejets, accidents) dragages dragages naturels contamination

7. Comment déterminer des concentrations de référence en milieu marin côtier Cas des masses d’eau côtières (le plus simple) 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  L’eau : pas de mémoire  Le biote : à part quelques collections « de museum », impossible  Le sédiment : oui, en profondeur; certaines carottes sont exploitables dans ce sens Le challenge consiste à transférer à la colonne d’eau des observations faites dans le sédiment. Il s’agit donc :  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).  d’évaluer le fond géochimique des métaux dans la carotte (horizons profonds)  d’estimer un facteur d’enrichissement entre les niveaux actuels et le fond géochimique  d’appliquer éventuellement ce facteur aux concentrations dissoutes

8. Comment déterminer des concentrations de référence en milieu marin côtier Cas des masses d’eau côtières (le plus simple) 1 - Identifier des zones de référence : Il s’agit 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 d’enrichissement entre concentrations de référence et bruits de fond dans ces zones: - utilisation de carottes sédimentaires, qui donnent l’évolution historique de la contamination dans les sédiments 3 – Mesurer les concentrations de contaminants dissous dans la colonne d’eau La comparaison entre ces concentrations et la NQE, modifiée ou non par le facteur d’enrichissement sédimentaire, indiquera l’intérêt et le degré de précision de la méthode.

9. Déterminer des concentrations de référence en milieu marin côtier Cas des masses d’eau 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 : l’étang de Thau

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

11. Déterminer des concentrations de référence en milieu marin côtier Cas des masses d’eau côtières (le plus simple) 3 – Mesurer les concentrations correspondantes de contaminants dissous dans la colonne d’eau Mode opératoire : - prélèvement dans des conditions ultra-propres - filtration en salle blanche - extraction liquide-liquide - mesure de Pb à l’ICP-MS (LQ = 1 ng/L) - assurance qualité Un exemple : concentration en plomb dissous dans les régions « propres » de l’étang 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 ? Peu d’intérêt quand on sait que déjà la valeur de référence dans cette région est très largement inférieure ne serait-ce qu’à la précision de la NQE. Bruit de fond géochimique du plomb dissous à Thau <= 20 ng/L

12. Déterminer des concentrations de référence en milieu marin côtier Cas des masses d’eau de transition Il s’agit le plus souvent d’estuaires, régions où sont retrouvés de forts gradients de salinité, de turbidité, de pH. Exemple du cadmium Estuaire de la Gironde Estuaire de la Seine Estuaire de la Loire NQE 0.2 µg/L 10 20 30 salinité Apport de la modélisation

13. Bruits de fond géochimiques des métaux en milieu marin Jean-François CHIFFOLEAU IFREMER – centre de Nantes Département de Biogéochimie et d’Ecotoxicologie Premières journées « Micropolluants Aquatiques » ONEMA, 10-12 mars