Étude des effluents d’exhaure minière : caractérisation des sources, analyse des flux dans le cadre d’une démarche d’économie circulaire, évaluation des éventuelles conséquences épidémiologiques, et propositions de scénarios de traitements éventuels
Thèse de doctorat (Philippe-Lionel Ebemgue Atega) en codirection entre IMT Mines Alès et Hydro Sciences Montpellier, sur financement de la région Occitanie. Cette thèse, démarrée en septembre 2018, vise le développement d’une méthodologie permettant de caractériser des sources de contamination à l’échelle d’un bassin versant à activité minière et d’améliorer leur gestion dans le cadre d’une démarche d’écologie territoriale.
Le développement de recherches dont il est question ici concerne l’impact sur la santé humaine de la contamination des eaux souterraines par les métaux et les métalloïdes. L’objectif 6 des Nations Unies pour le développement durable vise à « garantir l’accès de tous à l’eau et à l’assainissement et assurer une gestion durable des ressources en eau » (ONU Agenda 2030). Les eaux souterraines constituent une réserve stratégique pour la production d’eau potable, dont la qualité est étroitement liée à la santé humaine. En France métropolitaine par exemple, 62% des volumes prélevés pour l’alimentation en eau potable proviennent des nappes. Dans de nombreuses communes, seules les eaux souterraines assurent l’approvisionnement en eau potable comme en témoignent les 35 000 captages répartis sur le territoire national (J.F Vernoux et R. Buchet 2010). Les eaux souterraines sont contenues dans des formations géologiques appelées des aquifères. Ces formations jouent un rôle primordial quant à l’enrichissement chimique des eaux par des minéraux qui les composent et, parfois, par des métaux et des métalloïdes. Cependant, la concentration des métaux et métalloïdes dans les ressources en eau est liée à des processus hydrogéochimiques complexes encore mal compris (V. Laperche et JR Mossmann 2004 ; Dalla Libera et al. 2017). La première étape pour comprendre et évaluer ces processus est la caractérisation du fond géochimique naturel (D. Darmendrail et al. 2000) ; dans le cadre de cette étude, il s’agit de la caractérisation du fond géochimique des eaux souterraines. La définition du fond géochimique est une question récurrente et bien connue de par sa complexité, son estimation difficile et ses conséquences délicates sur les décisions d’interventions à prendre sur les sujets de contaminations.
Les premiers travaux de caractérisation du fond géochimique ont vu le jour lorsque le besoin de connaissance de l’état de référence géochimique a commencé à se faire ressentir. Les géologues devaient définir une référence pour en observer les anomalies géochimiques, objet de leur prospection. Ils introduisirent le terme pour différencier les concentrations normales des éléments et les anomalies (Reimann et de Caritat 2005). Aujourd’hui ce terme recouvre un large champ d’application et s’applique non seulement aux roches, et aux sédiments, mais encore à l’eau, à l’air, et aux plantes (Reimann et Garrett 2005; Matschullat, Ottenstein, et Reimann 2000). Il est utilisé dans les domaines de l’exploration minière, de l'évaluation environnementale, de l'étude de la pollution des sols et de la gestion restauratrice des sites et sols pollués, ainsi que par les personnes qui établissent une étude d'impact ou d’état initial de l'environnement.
Les premières définitions du fond géochimique ont été données par Hawkes et Webb (HE Hawkes et JS Webb 1962). Les premiers travaux ont été initiés en France par (Meybeck 1984). Ensuite, plusieurs travaux (les approches statistiques et géochimiques) ont été menés sur les définitions et les méthodes de caractérisation du fond géochimique à travers le monde. Au fur et à mesure, selon les réflexions des auteurs, le concept a évolué et a commencé à sembler difficile à être défini. Il est devenu un terme très controversé et n’a laissé derrière lui aucune méthode d’évaluation systémique (Tobías, Bech, et Algarra 1997; Portier 2001b; Li, Ma, et Shi 2003).
La différence de méthodes et de démarches est un problème que l’on ne saurait négliger au vu de la sémantique, de la syntaxe ou des hypothèses considérées. Les auteurs ne se sont pas encore accordés jusqu’aujourd’hui sur une définition et une méthodologie de caractérisation du fond géochimique mais s’accordent pour continuer à ouvrir les pistes de réflexions dans une démarche d’amélioration de ce concept. C’est dans ce cadre que s’inscrit ce travail de thèse, approfondir la définition du fond géochimique pour formuler une méthode de caractérisation et d’évaluation utile aux décideurs que l’on va appliquer sur un cas pratique, le bassin versant des Gardons en Cévennes.
Thèse de doctorat (Philippe-Lionel Ebemgue Atega) en codirection entre IMT Mines Alès et Hydro Sciences Montpellier, sur financement de la région Occitanie. Cette thèse, démarrée en septembre 2018, vise le développement d’une méthodologie permettant de caractériser des sources de contamination à l’échelle d’un bassin versant à activité minière et d’améliorer leur gestion dans le cadre d’une démarche d’écologie territoriale.
Le développement de recherches dont il est question ici concerne l’impact sur la santé humaine de la contamination des eaux souterraines par les métaux et les métalloïdes. L’objectif 6 des Nations Unies pour le développement durable vise à « garantir l’accès de tous à l’eau et à l’assainissement et assurer une gestion durable des ressources en eau » (ONU Agenda 2030). Les eaux souterraines constituent une réserve stratégique pour la production d’eau potable, dont la qualité est étroitement liée à la santé humaine. En France métropolitaine par exemple, 62% des volumes prélevés pour l’alimentation en eau potable proviennent des nappes. Dans de nombreuses communes, seules les eaux souterraines assurent l’approvisionnement en eau potable comme en témoignent les 35 000 captages répartis sur le territoire national (J.F Vernoux et R. Buchet 2010). Les eaux souterraines sont contenues dans des formations géologiques appelées des aquifères. Ces formations jouent un rôle primordial quant à l’enrichissement chimique des eaux par des minéraux qui les composent et, parfois, par des métaux et des métalloïdes. Cependant, la concentration des métaux et métalloïdes dans les ressources en eau est liée à des processus hydrogéochimiques complexes encore mal compris (V. Laperche et JR Mossmann 2004 ; Dalla Libera et al. 2017). La première étape pour comprendre et évaluer ces processus est la caractérisation du fond géochimique naturel (D. Darmendrail et al. 2000) ; dans le cadre de cette étude, il s’agit de la caractérisation du fond géochimique des eaux souterraines. La définition du fond géochimique est une question récurrente et bien connue de par sa complexité, son estimation difficile et ses conséquences délicates sur les décisions d’interventions à prendre sur les sujets de contaminations.
Les premiers travaux de caractérisation du fond géochimique ont vu le jour lorsque le besoin de connaissance de l’état de référence géochimique a commencé à se faire ressentir. Les géologues devaient définir une référence pour en observer les anomalies géochimiques, objet de leur prospection. Ils introduisirent le terme pour différencier les concentrations normales des éléments et les anomalies (Reimann et de Caritat 2005). Aujourd’hui ce terme recouvre un large champ d’application et s’applique non seulement aux roches, et aux sédiments, mais encore à l’eau, à l’air, et aux plantes (Reimann et Garrett 2005; Matschullat, Ottenstein, et Reimann 2000). Il est utilisé dans les domaines de l’exploration minière, de l'évaluation environnementale, de l'étude de la pollution des sols et de la gestion restauratrice des sites et sols pollués, ainsi que par les personnes qui établissent une étude d'impact ou d’état initial de l'environnement.
Les premières définitions du fond géochimique ont été données par Hawkes et Webb (HE Hawkes et JS Webb 1962). Les premiers travaux ont été initiés en France par (Meybeck 1984). Ensuite, plusieurs travaux (les approches statistiques et géochimiques) ont été menés sur les définitions et les méthodes de caractérisation du fond géochimique à travers le monde. Au fur et à mesure, selon les réflexions des auteurs, le concept a évolué et a commencé à sembler difficile à être défini. Il est devenu un terme très controversé et n’a laissé derrière lui aucune méthode d’évaluation systémique (Tobías, Bech, et Algarra 1997; Portier 2001b; Li, Ma, et Shi 2003).
La différence de méthodes et de démarches est un problème que l’on ne saurait négliger au vu de la sémantique, de la syntaxe ou des hypothèses considérées. Les auteurs ne se sont pas encore accordés jusqu’aujourd’hui sur une définition et une méthodologie de caractérisation du fond géochimique mais s’accordent pour continuer à ouvrir les pistes de réflexions dans une démarche d’amélioration de ce concept. C’est dans ce cadre que s’inscrit ce travail de thèse, approfondir la définition du fond géochimique pour formuler une méthode de caractérisation et d’évaluation utile aux décideurs que l’on va appliquer sur un cas pratique, le bassin versant des Gardons en Cévennes.
Illustration de la problématique scientifique : En observant A, comment décomposer les différentes contributions dues respectivement à B et à C ?
Références :
• D. Darmendrail, P. Wavrer, I. Salpéteur, C. Mouvet, P. Freyssinet, J. Barbier, et D. Baize. 2000. « Fonds géochimique naturel : État des connaissances à l’échelle nationale - BRGM/RP-50158-FR. 93 p., 24 fig., 14 tabl. »
• Dalla Libera, Nico, Paolo Fabbri, Leonardo Mason, Leonardo Piccinini, et Marco Pola. 2017. « Geostatistics as a tool to improve the natural background level definition: An application in groundwater ». Science of The Total Environment 598 (November): 330‑40. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.04.018.
• HE Hawkes, et JS Webb. 1962. « Geochemistry in mineral exploration - Google Scholar ». 1962. https://scholar.google.com/scholar_lookup?title=Geochemistry%20in%20Mineral%20Exploration&publication_year=1962&author=H.E.%20Hawkes&author=J.S.%20Webb.
• J.F Vernoux, et R. Buchet. 2010. « Améliorer la protection des captages d’eau souterraine destinée à la consommation humaine ». http://sigesrm.brgm.fr/IMG/pdf/brochure_captages.pdf.
• Li, Changjiang, Tuhua Ma, et Junfa Shi. 2003. « Application of a Fractal Method Relating Concentrations and Distances for Separation of Geochemical Anomalies from Background ». Journal of Geochemical Exploration 77 (2): 167‑75. https://doi.org/10.1016/S0375-6742(02)00276-5.
• Matschullat, J., R. Ottenstein, et C. Reimann. 2000. « Geochemical Background – Can We Calculate It? » Environmental Geology 39 (9): 990‑1000. https://doi.org/10.1007/s002549900084.
• Meybeck. 1984. « Caractérisation du fond géochimique par étude des petits bassins monolithologiques ».
• ONU Agenda. 2030. « 17 objectifs de développement durable ». https://www.agenda-2030.fr/odd/17-objectifs-de-developpement-durable-10.
• Portier, Kenneth M. 2001. « Statistical Issues in Assessing Anthropogenic Background for Arsenic ». Environmental Forensics 2 (2): 155‑60. https://doi.org/10.1006/enfo.2001.0051.
• Reimann, Clemens, et Patrice de Caritat. 2005. « Distinguishing between Natural and Anthropogenic Sources for Elements in the Environment: Regional Geochemical Surveys versus Enrichment Factors ». Science of The Total Environment 337 (1): 91‑107. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2004.06.011.
• Reimann, Clemens, et Robert G. Garrett. 2005. « Geochemical Background—Concept and Reality ». Science of The Total Environment 350 (1‑3): 12‑27. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2005.01.047.
• Tobías, F. J., J. Bech, et P. Sánchez Algarra. 1997. « Establishment of the Background Levels of Some Trace Elements in Soils of NE Spain with Probability Plots ». Science of The Total Environment 206 (2): 255‑65. https://doi.org/10.1016/S0048-9697(97)80014-9.
• V. Laperche et JR Mossmann. 2004. « Fonf géochimique naturel ou bruit de fond : réflexions sur les applications à la gestion des sites et sols pollués en France, Rapport final BRGM/RP-53344-FR 38p ». http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-53344-FR.pdf.
Mots clefs : Economie circulaire, Ecologie territoriale, Mines, Géochimie, Contamination, Epidémologie, Traitement
