Sources, mobilité et biodisponibilité des métaux traces et métalloïdes dans la ville minière d'Oruro sur l'altiplano bolivien

par Joseline Soledad Tapia Zamora

Thèse de doctorat en Sciences de la terre et environnement

Sous la direction de Stéphane Audry et de Brian Townley.

Soutenue en 2011

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    L'étude a été réalisée sur le principal système hydrologique endoréique de l'altiplano bolivien constitué par les sous-bassins du lac Titicaca-rivière Desaguadero-lac Poopó-salar du Coipasa (TDPS). Cette région est caractérisée par la présence de deux cordillères fortement minéralisées : une Occidentale liée aux dépôts épithermaux et de Cu et une Orientale liée aux nombreuses ceintures métallogéniques, où la ceinture d'étain est la plus connue. Le Département d'Oruro est situé dans la partie centrale de cette ceinture. Le présent travail a été motivé par le fait que bien que cette ville ait été soumise à des activités minières depuis le XVIIème siècle, les caractéristiques géochimiques et les processus de dispersion qui affectent cette zone sont peu connus. Une étude géochimique détaillée de cinq carottes sédimentaires lacustres (Lac Uru Uru) a été réalisée. Un traitement statistique des concentrations particulaires dans les sédiments et des sols a permis de proposer un fond géochimique naturel et une ligne de base actuelle pour la région et a permis de montrer d'une part que la normalisation aux teneurs de la croûte continentale supérieure (UCC) pour évaluer un degré de pollution n'était pas pertinente pour cette région naturellement enrichie en métaux traces et métalloïdes. D'autre part, nous proposons que l'impact anthropique dans les sols superficiels est liée à la dispersion des éléments traces par la Fonderie de Vinto, tandis que le lac Uru Uru est plutôt influencé par les activités minières. La documentation des processus de diagenèse précoce dans les sédiments lacustres, liée à la dégradation de la matière organique, a montré une importante redistribution post-dépôt de métaux traces et métalloïdes, provoquant à la fois un changement de spéciation chimique de ces éléments mais aussi des enrichissements authigéniques sous formes de sulfures. En particulier, la déstabilisation des oxyhydroxides de Mn et Fe joue un rôle important dans cette redistribution. La diagenèse précoce est fortement influencée par la variabilité saisonnière des précipitations, avec un rôle majeur de l'évaporation. La diffusion à l'interface eau-sédiment, contrôlée par les gradients de concentration issus des réactions redox de la diagenèse précoce, indique que les sédiments du Lac Uru Uru sont une source de métaux traces et métalloïdes, en particulier d'arsenic, pour la colonne d'eau sus-jacente. Ce travail a également permis de montrer que le dépôt des métaux traces et métalloïdes dans le lac Uru Uru soit influencé principalement par trois sources: la géologie locale, la formation des minéraux authigènes lors de la diagenèse précoce sous l'influence probable des événements froid ENSO (La Niña) et les gangues et minerais d'origines minier.

  • Titre traduit

    Sources, mobility and bioavailability of metals in the mining and smelter impacted altiplanean city of Oruro, Bolivia


  • Résumé

    This study was performed within the main altiplanic hydrological system constituted by the Lake Titicaca-Desaguadero River- Lake Poopó-Coipasa salar (TDPS) sub-basins. This region is characterized by the presence of two highly mineralized ranges: the Cordillera Occidental related to epithermal and sedimentary Cu deposits and the Cordillera Oriental associated with numerous metallogenic belts, where the Bolivian Tin Belt is very well known. The Oruro Department is located in the central part of this belt. This study has been motivated by the fact that despite this city has been exposed to intense mining activities since the XVIIth century, very little is known about the geochemical characteristics and the dispersion processes affecting this area. A detailed geochemistry study was performed in five lacustrine sedimentary cores (Lake Uru Uru). Statistical analyses of sediment and soil concentrations allowed us to propose a geochemical background and a present time geochemical baseline for the Altiplano sediments and has allowed us to propose that the upper continental crust (UCC) composition is not adequate to obtain enrichment factors in this region, naturally enriched in trace metals and metalloids. Furthermore, we propose that the anthropogenic impact in superficial soils is associated with trace elements dispersion from the Vinto Foundry, whereas Lake Uru Uru sediments are related to mining activities. Post-depositional redistribution of trace metals and metalloids during early diagenesis are related to a change in chemical speciation of these elements and moreover, authigenic enrichment, mainly as sulfides. Particularly, Fe and Mn oxyhydroxides destabilization plays a preponderant role in this redistribution. Early diagenesis is influenced importantly by seasonal precipitation variability, with an important role of evaporation. Trace elements diffusion into the water-sediment interface, controlled by concentration gradients resulting from redox reactions during early diagenesis, show that Lake Uru Uru sediments are a source of trace metals and metalloids, particularly arsenic, into the overlying water column. This work has also shown that trace metals and metalloids deposition within Lake Uru Uru sediments is mainly influenced by three sources : local geology, authigenic minerals formation during early diagenesis influenced probably by cold ENSO (La Niña) events and mining origin gangues and ores.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (263 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 203-227

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 TOU3 0334
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