Apports fluviaux et atmosphériques d'éléments traces métalliques et métalloïdes en zone côtière méditerranéenne : cas de la rade de Toulon

Fluvial and atmospheric inputs of trace metals and metalloids in the Mediterranean coastal zone : case of the Toulon Bay

• Auteur / Autrice : Gael Durrieu
• Direction : Stéphane Mounier, Dario Omanovic, Cédric Garnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance le 15/12/2022
• Etablissement(s) : Toulon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mer et Sciences (Toulon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut méditerranéen d'océanologie (MIO) (Marseille ; Toulon)
• Jury : Président / Présidente : Abdelkrim Ouammou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Prudent, Stéphanie [Hélène, Michèle] Jacquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelkrim Ouammou, Nicolas Marmier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Toulon, Rade de (Var)

Méditerranée (mer)

Semi-métaux

Eau -- Teneur en éléments traces

Teneur en zinc

Teneur en cuivre

Eau -- Pollution par les métaux lourds

Mots clés libres

Éléments traces

Apports fluviaux

Dépôts atmosphériques

Zone cotière

Mer méditerranée

Trace elements

Riverine imputs

Atmospheric deposits

Coastal zone

Mediterranean sea

Résumé

Les zones côtières représentent un enjeu majeur en termes d’activités économiques et de préservation d’un bon état chimique et écologique du milieu naturel. Si à l’échelle globale (mer ou océan) les flux de contaminants notamment les éléments traces métalliques et métalloïdes (ETMM) sont relativement bien étudiés et décrits, ce n’est pas le cas des zones plus enclavées à une échelle plus locale. La rade de Toulon qui possède une morphologie semi-fermée est entourée d’une métropole importante (450 000 habitants) avec une forte activité anthropique (premier port militaire en France, ports civils, transport de passagers, aquaculture, …). Ces activités présentes et passées comme la deuxième guerre mondiale, ont conduit à une forte contamination sédimentaire ainsi qu’un fort gradient de concentrations en ETMM entre le Sud de la grande rade, connecté à la mer Méditerranée, et les parties les plus enclavées de la petite rade. Dans ce contexte de zone côtière contaminée, l’objectif de ce travail est d’évaluer la contribution des apports fluviaux et atmosphériques en ETMM à la rade de Toulon. Le mode d’échantillonnage proposé associant des capteurs de terrain, des pièges à particules et des prélèvements ponctuels différenciés entre l’étiage et la crue ont permis d’obtenir une chronique d’apports en ETMM prenant en compte la variabilité météorologique. Les résultats montrent que les apports en ETMM par les rivières (Las et Eygoutier) sont prépondérants durant les crues et dans la fraction particulaire et, sont plus particulièrement préoccupant pour le cuivre et le zinc qui dépassent les seuils réglementaires. Dans le Las, l’apport prépondérant reste cependant le cuivre dissous durant les crues. Dans l’Eygoutier, les valeurs obtenues sont inférieures aux mesures précédemment réalisées en 2004. Les apports en étiage sont largement minoritaires et des teneurs élevées en cadmium et mercure dans les particules ont été mesurées sans pouvoir identifier leur source. Les apports atmosphériques en ETMM sont dominés par la fraction particulaire avec des teneurs dépassant les seuils réglementaires d’un facteur 2 à 4 en cuivre, plomb et zinc. A l’échelle de la rade, les apports fluviaux restent supérieurs aux apports atmosphériques pour tous les ETMM. En faisant un bilan sur l’ensemble de la rade et en prenant en compte les autres sources existantes (ports, ruissellement, stations d’épuration, diffusion sédimentaire), la contribution des apports fluviaux et atmosphériques est estimée à 4 % pour le mercure, autour de 30 % pour le cuivre et le cadmium et près de 70 % pour le plomb et le chrome. Le bilan des flux d’ETMM dans la rade conduit à décrire la rade comme une source de contamination pour la mer Méditerranée. Ceci est confirmé par l’export net calculé pour le plomb, le mercure ou le cadmium tandis que pour le cuivre et le nickel des sources manquantes restent à être déterminées pour confirmer l’hypothèse. Pour le zinc et l’arsenic, la trop grande variabilité empêche de conclure car, ces estimations nécessitent d’être affinées.

Coastal areas represent a major issue in terms of economic activities and preservation of a good chemical and ecological status of the natural environment. If on a global scale (sea or ocean) the flow of contaminants, especially trace metals and metalloids (TMM) are relatively well studied and described, this is not the case for more enclosed areas on a more local scale. The Toulon Bay, which has a semi-closed morphology, is surrounded by a large urban area (450 000 inhabitants) with a strong anthropic activity (first military port in France, civil ports, passenger transport, aquaculture, ...). These present and past activities, such as the Second World War, have led to a strong sedimentary contamination as well as a strong gradient of concentrations in TMM between the South of the large bay, connected to the Mediterranean Sea, and the most enclosed parts of the small bay. In this context of contaminated coastal zone, the objective of this work is to evaluate the contribution of the fluvial and atmospheric contributions in TMM to the Toulon Bay. The proposed sampling method associating field sensors, particle traps and punctual sampling differentiated between base flow and flood allowed to obtain a chronicle of TMM inputs considering the meteorological variability. The results show that the inputs of TMM by the rivers (Las and Eygoutier) are preponderant during floods and in the particulate fraction and are more particularly worrying for copper and zinc which exceed the regulatory thresholds. In the Las, the preponderant contribution remains however the dissolved copper during the flood. In the Eygoutier, the values obtained are lower than the measurements previously carried out in 2004. Base flow inputs are largely in the minority and high levels of cadmium and mercury in the particles were measured without being able to identify their source. Atmospheric inputs of TMM are dominated by the particulate fraction with levels exceeding the regulatory thresholds by a factor of 2 to 4 for copper, lead and zinc. At the bay scale, river inputs remain higher than atmospheric inputs for all the TMM. By making a balance on the whole of the bay and by considering the other existing sources (ports, runoff, wastewater treatment plant, sedimentary diffusion), the contribution of river and atmospheric inputs is estimated at 4% for mercury, around 30% for copper and cadmium and nearly 70% for lead and chromium. The balance of TMM inputs in the bay leads to describe the bay as a source of contamination for the Mediterranean Sea. This is confirmed by the net export calculated for lead, mercury, and cadmium, while for copper and nickel missing sources remain to be determined to confirm the hypothesis. For zinc and arsenic, too much variability prevents conclusions being drawn, and these estimates need to be refined.