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UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
FACULTÉ DES SCIENCES
DEPARTEMENT DE CHIMIE MINERALE ET CHIMIE PHYSIQUE
MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’ETUDES APPROFONDIES (DEA)
Option : CHIMIE DE L’ENVIRONNEMENT
Présenté par
ANDRIANOMENJANAHARY Marcellino
18 Juin 2013
Membres du jury :
Président : Monsieur RANDRIANOELINA Benjamin
Professeur Titulaire
Rapporteur : Madame Josette RAKOTONDRAIBE
Professeur titulaire
Examinateur : Monsieur Jean Dominique ANDRIAMIZAKA
Professeur Titulaire
PHYTODISPONIBILITE ET PHYTOTOXICITE DES IONS Cu2+
ET Cr3+
DANS UNE CRESSONNIERE
Remerciement
i
REMERCIEMENTS
En premier lieu je tiens à louer Le Seigneur pour sa Bonté, sa Générosité et sa
Bénédiction.
Je tiens à exprimer ma reconnaissance à Madame Josette RAKOTONDRAIBE
Professeur Titulaire Responsable de la Formation Doctorale de 1990 à 2011en Chimie de
l’Environnement de la Faculté des Sciences de l’Université d’Antananarivo pour ses conseils
judicieux et son aide estimable pour l’encadrement de ce mémoire. Je voudrais lui exprimer
aussi ma gratitude pour les longues et précieuses heures qu’elle m’a consacrées. Que Le Dieu
Tout Puissant la remplisse de sa bénédiction pour l’abnégation dont elle a fait preuve durant
ces longues périodes de travail.
Je tiens à témoigner de ma profonde gratitude à Monsieur Benjamin
RANDRIANOELINA Professeur Titulaire, qui a bien voulu présidé les membres de jury.
J'adresse également mes remerciements les plus sincères à Monsieur Jean Dominique
ANDRIAMIZAKA Professeur Titulaire, qui contribuera à l'amélioration de ce rapport de
recherche. Que Dieu lui accorde son soutien dans ce qu’il entreprend.
Je tiens également à remercier infiniment ma femme, ma famille et toutes les
personnes qui m’ont soutenu moralement tout au long de mes études.
Pour terminer, je réitère ma reconnaissance à tous ceux qui ont contribué de
près ou de loin à la réalisation de ce mémoire, sans oublier le Docteur Manitra Gustave
Ratisbonne RAZAFINTSALAMA.
A vous tous, MERCI !
Que Dieu le tout Puissant vous bénisse
Sommaire
ii
SOMMAIRE
REMERCIEMENTS ................................................................................................................... i
SOMMAIRE .............................................................................................................................. ii
LISTE DES TABLEAUX ......................................................................................................... iii
LISTE DES CARTES ............................................................................................................... iv
LISTE DES PHOTOS ............................................................................................................... iv
LISTE DES GRAPHES ............................................................................................................ iv
LISTE DES ABREVIATIONS .................................................................................................. v
GLOSSAIRE ............................................................................................................................. vi
INTRODUCTION ...................................................................................................................... 1
Première partie ........................................................................................................................... 2
ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES ............................................................................................. 2
Chapitre 1 : POLLUTION .......................................................................................................... 3
1.1. Pollution de l’eau ..................................................................................................................... 3
1.2. Pollution de sol ........................................................................................................................ 5
Chapitre II : ELEMENTS METALLIQUES A L’ETAT DE TRACE ...................................... 6
2.1. Eléments Traces Métalliques (ETM) ....................................................................................... 6
2.2. Sources de contamination par les Eléments Traces dans le sol ............................................... 6
2.3. Devenir des ETM dans les sols ............................................................................................. 10
2.4. Toxicité des Eléments Traces Métalliques ............................................................................ 11
Chapitre III : REFERENCES ET NORMES ........................................................................... 15
3.1. Normes de référence utilisée pour l’eau ................................................................................ 15
3.2. Normes de références utilisées pour le sol ............................................................................ 16
3.3. Normes de références utilisées avec la plante ....................................................................... 17
Deuxième partie ....................................................................................................................... 18
TRAVAUX PERSONNELS .................................................................................................... 18
Chapitre I : PRESENTATION DES SITES ............................................................................. 18
1.1. Site Ambatomanga ................................................................................................................ 18
1.2. Site Andravoahangy .............................................................................................................. 18
Chapitre II : Travaux sur terrain ............................................................................................... 23
2.1. Caractérisation des eaux d’irrigation ..................................................................................... 23
2.2. Caractérisation des sols récepteurs ........................................................................................ 29
2.3. Qualité du cresson produit ..................................................................................................... 34
Chapitre III : Essai en laboratoire ............................................................................................ 36
Sommaire
iii
3.1. Sols d’essais .......................................................................................................................... 36
3.2. Déroulement de l’essai .......................................................................................................... 36
3.3. Paramètres et mesures effectués ............................................................................................ 38
3.4. Traitement des données ......................................................................................................... 39
Chapitre IV : Interprétation des résultats ................................................................................. 40
4.1. Travaux sur terrain ................................................................................................................ 40
4.2. Evaluation des résultats des essais en laboratoire ................................................................. 44
Chapitre V : Recommandations ............................................................................................... 49
CONCLUSION ET RESUME ................................................................................................. 50
REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE ...................................................................................... 51
PARTIE EXPERIMENTALE .................................................................................................. 53
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Définitions des différents types de pollution. .......................................................... 3
Tableau 2 : caractéristiques des eaux usées domestiques........................................................... 4
Tableau 3 : Types de polluants de sol, origine et caractérisation ............................................... 5
Tableau 4: Classification des eaux de surface et réglementation des rejets des effluents
liquides [12] .............................................................................................................................. 15
Tableau 5: Limites recommandées pour les éléments-traces métalliques dans les eaux usées
destinées à l’irrigation [12] ...................................................................................................... 16
Tableau 6: Valeurs limites de concentration en élément-traces dans les sols agricoles.......... 16
Tableau 7 : Doses toxiques de quelques oligo-éléments [13] .................................................. 16
Tableau 8: Références pour la valeur de la somme des bases, de la capacité d’échange
cationique et du taux de saturation du sol ............................................................................... 16
Tableau 9 : Référence pour la matière organique, le carbone, l’azote et le phosphore
assimilable (Riquier, 1991) ...................................................................................................... 17
Tableau 10 : Normes d’interprétation du sol tropical utilisées à Madagascar ......................... 17
Tableau 11: Teneur en cuivre et en chrome habituellement rencontré dans les denrées
alimentaires : (OMS 1982) ....................................................................................................... 17
Tableau 12: Description de l’échantillonnage .......................................................................... 23
Tableau 13: Choix des paramètres ........................................................................................... 24
Tableau 14: Méthodes et appareillage d’analyse ..................................................................... 26
Tableau 15: Echantillons de sols prélevés dans chaque site .................................................... 30
Tableau 16: Paramètres déterminant la qualité des sols ........................................................... 31
Tableau 17 : Appareils et méthodes d’analyse des paramètres ................................................ 33
Sommaire
iv
Tableau 18: Concentrations et traitements avec le chrome ...................................................... 37
Tableau 19: Concentrations et traitements avec le cuivre ........................................................ 37
Tableau 20 : Qualités des eaux à l’entrée et à la sortie des cressonnières. .............................. 40
Tableau 21 : Résultats d’analyse des sols ................................................................................ 41
Tableau 22 : Qualité des sols du site ....................................................................................... 42
Tableau 23 : Qualités des produits .......................................................................................... 43
Tableau 24 : Longueurs (en cm) des tiges par traitement à partir du 8é jour ........................... 44
Tableau 25 : Longueurs (en cm) des racines par traitement à la récolte .................................. 44
Tableau 26 : Masses des tiges à la récolte ................................................................................ 45
Tableau 27 : Longueur (en cm) des tiges par traitement à partir du 7è jour ............................ 46
Tableau 28: Longueur (en cm) des racines par traitements à la récolte .................................. 46
Tableau 29 : Masses des tiges à la récolte ................................................................................ 46
LISTE DES CARTES
Carte 1 : Les canaux d’evacuations d’eau parvenant au site .................................................... 21
LISTE DES PHOTOS
Photo1 : Site Ambatomanga ..................................................................................................... 18
Photo 3 : Canal d’irrigation-déchets- cressonnières ............................................................ 20
Photo 2 : Cressonnières-ordures ............................................................................................... 20
Photo 5 : Canal d’irrigation-ordures ......................................................................................... 20
Photo 4 : Cabinet d’aisance au bord du canal .......................................................................... 20
Photo 6 : Site Andravoahangy .................................................................................................. 22
Photo 8 : Photometer Palintest 7100 ........................................................................................ 28
Photo7 : analyses effectuées sur site avec le kit multiparametre ............................................. 28
Photo 9 : Spectromètre d’Absorption Atomique ...................................................................... 28
Photo 10 : Prélèvement de sol .................................................................................................. 31
LISTE DES GRAPHES
Graphe 1 : Quantité de chrome dans les deux sites .................................................................. 40
Graphe 2 : Quantité de cuivre dans les deux sites .................................................................... 40
Graphe 3 : Quantité de cuivre dans les sols des deux sites ...................................................... 42
Sommaire
v
Graphe 4 : Quantité de chrome dans les sols des deux sites .................................................... 42
Graphe 5 : Quantité d’ion métalliques dans la plante à la récolte ............................................ 43
Graphe 6 : Longueur des tiges à la récolte ............................................................................... 45
Graphe 7 : Longueur des racines à la récolte ........................................................................... 45
Graphe 8 : Longueur des tiges à la récolte ............................................................................... 47
Graphe 9 : Longueur des racines à la récolte ........................................................................... 47
LISTE DES ABREVIATIONS
CE : Conductivité Electrique
Cm : centimètre
CMR : Capacité Maximale de Rétention d’eau
CUA : Commune Urbaine d’Antananarivo
DBO : Demande Biochimique en Oxygène
DCO : Demande Chimique en Oxygène
ETM : Elément Trace métallique
FAO : Food and Agriculture Organization
g : gramme
MES : Matière en Suspension
mg/kg : milligramme par kilogramme
mg/l : milligramme par litre
OD : Oxygène Dissous
OMS : Organisation Mondiale de la Santé
pH : potentiel d’Hydrogène
ppm : partie par millions
SA : Site contaminé
ST : site témoin
TDS : Taux de Salinité
Glossaire
vi
GLOSSAIRE
CE50 : Concentration de matière dans l’eau ou dans un sol causant un effet toxique spécifié
chez 50% des organismes d’essais.
CEMO : La plus faible concentration de matière ayant un effet observé chez les témoins.
CIp : Concentration correspondant à un pourcentage d’effet. C’est une estimation ponctuelle
de la concentration de la matière considérée, que l’on estime causer un pourcentage désigné
d’inhibition d’une fonction biologique quantitative telle que la taille atteinte par les
organismes au bout d’une période de croissance. Par exemple, la CI 25 du poids des
organismes est la concentration que l’on estime réduire le poids des organismes de 25% par
rapport au poids atteint par les organismes témoins.
CL50 : Concentration dans l’eau ou dans le sol que l’on estime mortelle pour la moitié des
organismes d’essai.
CMAT : Concentration Maximale Acceptable de Toxique.
Concentration inoffensive : Concentration de la substance d’essai qui permet aux organismes
de vivre et de se développer normalement.
Contaminant : Matière biologique ou chimique, ajoutée à un milieu naturel tel que l’air,
l’eau et le sol directement ou non, du fait de l’activité humaine. Il pourrait entrainer des
modifications chimiques ou physiques dans le milieu, mais il pourrait ne pas causer d’effets
biologiques néfastes.
Contamination : Processus par lequel un contaminant est introduit dans un milieu ou dans un
être vivant. Résultat de l’introduction.
Croissance : Accroissement de la taille ou de la masse d’un organisme par suite de la
formation de nouveau tissus.
Décontamination : Gestion d’un lieu contaminé dans le but de prévenir, de réduire au
minimum ou d’atténuer ses incidences sur la santé humaine ou sur l’environnement.
Effet : Modification biologique mesurable par rapport à des mesures effectuées sur les
organismes témoins.
Effluent : Tout liquide industriel, urbain, domestique rejeté dans l’environnement.
Enrichissement : Addition d’une quantité connue de substance ou de produit chimique à un
sol.
Essai biologique : essai visant à estimer, à l’aide d’organismes vivants, la concentration ou la
puissance d’une substance.
Essai de toxicité : Détermination de l’effet d’une matière sur un groupe d’organismes choisis,
dans des conditions définies.
Glossaire
vii
Matière : Somme de toutes les substances qu’elle renferme
Polluant : Substance ou matière capable de causer la pollution si elle est rejetée dans
l’environnement.
Résistance : Capacité pour un organisme de retarder la manifestation des effets désignés d’un
toxique pendant une période qui dépend de sa concentration.
TL50 : Durée d’exposition que l’on estime létale pour la moitié des organismes expérimentés
à une concentration donnée de la matière étudiée.
Toxicité : Capacité propre d’une matière de provoquer des effets nocifs chez les organismes
d’essai.
Introduction
1
INTRODUCTION
Antananarivo est une ville tropicale d’altitude. Les eaux de pluie entraînent les eaux
usées domestiques des hauts quartiers de la ville et se déversent dans les zones agricoles
situées dans les bas-fonds. Les marais abritent le plus souvent des cressonnières. Malgré la
pollution des eaux, les produits sont encore mis en vente en grande quantité dans les marchés
locaux et en provinces. Ils sont de plus, très appréciés par les consommateurs. Dans la
Commune Urbaine d’Antananarivo,le Fokontany d’Andravoahangy Tsena où nous avons
effectué la recherche possède la plus grande surface aménagée en cressiculture. Les eaux
usées sont déversées directement dans les cressonnières sans traitement préalable. Ces eaux
apportent des quantités considérables d’oligo-éléments nécessaires à la croissance et au
développement des végétaux et d’éléments-traces métalliques. La présence des ions
métalliques Cr3+
et Cu2+
dans le site nous laisse perplexe et on se demande si les ions Cr3+
et
Cu2+
s’accumulent dans la plante ? Quels sont ses impacts sur le cresson ?
Pour répondre à ces questions, nous avons divisé notre travail en deux parties.
La première partie relate les études bibliographiques, consultation des ouvrages contenant des
acquis scientifiques et des données relatives au thème et à la zone d’étude. Dans la deuxième
partie nous présenterons le site, la méthodologie appliquée et l’interprétation des résultats de
mesures. A la fin de cette deuxième partie, nous proposerons des perspectives et quelques
recommandations.
L’objectif de notre étude est :
- d’évaluer l’accumulation des ions Cr3+
et Cu2+
dans les eaux, les sols et les plantes
du site.
- d’analyser les effets des ions Cr3+
et Cu2+
sur la plante.
La méthodologie adoptée est divisée en deux parties. D’abord nous avons effectué les
analyses physico-chimiques des eaux, des sols et des plantes du site. Les paramètres à
analyser sont des indicateurs permettant de déterminer le degré de pollution des rejets urbains
particulièrement les éléments traces métalliques tels que les ions Cr3+
et Cu2+
. Des
échantillons d’eaux et de sols ont été prélevés.
Ensuite nous avons été amenés à effectuer des essais en laboratoire pour déterminer les
effets des ions Cr3+
et Cu2+
sur la plante. Les indicateurs analysés sur les plantes sont : la
longueur des tiges et la masse à la récolte.
Etudes bibliographiques
Première partie
ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
Etudes bibliographiques
3
Chapitre 1 : POLLUTION
1.1. Pollution de l’eau
1.1.1. Définition
La pollution de l’eau est toute forme de modification physique, chimique ou biologique
de la qualité de l’eau produisant un effet nocif sur les êtres vivants qui la consomment tels que
les plantes, les animaux et les êtres humains.
1.1.2. Types de pollution
Tableau 1 : Définitions des différents types de pollution.
TYPES DE POLLUTION DEFINITIONS
Pollution organique
Pollution créée essentiellement par les
déversements des égouts urbains ou des
égouts particuliers raccordés directement au
milieu récepteur
Pollution mécanique (physique)
Pollution résultant de la présence des
particules ou des déchets capables de
colmater le lit d’un cours d’eau. (eaux
provenant des mines, des tanneries).
Pollution thermique
Pollution due au déversement d’effluents
industriels qui augmentent la température
des rivières, des lacs à un niveau tel qu’il en
résulte des effets néfastes du point de vue
biologique.
Pollution microbienne Présence de microbes pathogènes dangereux
surtout lorsqu’ils se multiplient.
Pollution chimique
Pollution créée généralement par les
déversements des établissements industriels.
Ils sont plus ou moins nocifs selon la nature
et les concentrations des substances
dissoutes dans l’eau.
1.1.3. Caractéristiques des eaux usées urbaines
Les eaux usées urbaines sont constituées par un mélange d’eaux usées domestiques,
d’eaux usées de lavage (rues, véhicules, marchés,…), des eaux issues des infrastructures
publiques (latrines, lavoirs, douches) et d’eaux usées industrielles.
Les eaux usées urbaines contiennent des matières dissoutes minérales et organiques
assimilées directement par les plantes.
eaux usées domestiques provenant des eaux ménagères et des eaux vannes.
Etudes bibliographiques
4
Leur origine, leurs constituants et leurs caractéristiques sont décrits dans le tableau 2.
eaux usées industrielles provenant de diverses industries.
La première caractéristique des rejets industriels est la diversité : au sein d’une même
branche, il existe des différences profondes liées aux matières premières, aux produits
chimiques utilisés, aux effluents.
effluents d’une installation à caractère collectif (caserne, hôpitaux,…) : ce sont les
eaux des bornes fontaines publiques, les eaux ayant servi au lavage des rues.
Tableau 2 : caractéristiques des eaux usées domestiques.
ORIGINE CONSTITUANTS CARACTERISTIQUE
Eaux ménagères
Eaux de cuisine,
eaux de salle de
bain, eaux de lavage
des sols, des
linges…
matières en
suspension, matières
dissoutes organiques
ou minérales
Renferment des graisses
par l’apport de savon et
de divers détergents
utilisés
Eaux vannes W.C
Urines et matières
fécales diluées avec
l’eau de chasse
L’urine apporte les ions
Cl-, Na
+, K
+, les
matières organiques
comme l’acide urique,
l’urée…
Eau de rejet
industriel et urbain
Industries, station
d’essence Produits chimiques
Contiennent notamment
différents métaux tels
que Pb, Hg, Cd, Cu, Cr,
Zn, …
Etudes bibliographiques
5
1.2. Pollution de sol
Souvent considéré comme un troisième élément à côté de l’air et de l’eau, le sol est une
composante majeure de l’écosystème. Support des activités humaines durant des millénaires,
source d’exploitation et de vie depuis des dizaines de siècles à travers l’agriculture (3000
avant Jésus – Christ en Mésopotamie), il joue, hélas un rôle d’interface très important dans
tous les phénomènes de pollution de notre environnement. Cette position d’interface va lui
conférer un rôle important dans un certain nombre de cycles biochimiques et va faire de lui,
un lieu de passage ou de séjour de la plupart des grand types de polluants produits par
l’activité humaine.
La plupart des éléments minéraux apportés aux sols sont susceptibles de s’y accumuler
et de le polluer. C’est le cas des métaux lourds (Pb, Cr, Ni, Cd, …) ou d’autres éléments
susceptibles d’être toxiques pour les animaux par l’intermédiaire des végétaux qu’ils
consomment. Leur origine est très diverse : circulation automobile, activité industrielle,
activité agricole ou urbaine. Ils peuvent venir de l’atmosphère ou des eaux de surface
contenant une charge solide. Ils peuvent être directement introduits dans le sol.
Tableau 3 : Types de polluants de sol, origine et caractérisation
Catégorie Polluants Origine Caractéristiques
Polluants
organiques
Pesticides,
hydrocarbures,
microorganismes
pathogènes, huiles et
graisses, solvants, boues
de raffineries, ordures
ménagères.
Déversement des
égouts urbains et des
égouts particuliers
raccordés
directement au milieu
récepteur.
Sont
biodégradables
Polluants
inorganiques
Eléments traces : Hg, Cd,
Pb, Cr, Cu,.., cyanures,
nitrates,…
Rejets des industries :
textiles, engrais,
papeteries ;
-Présentent une
forte teneur en
résidu solide ;
très toxique, non
biodégradables
dans
l’environnement
Etudes bibliographiques
6
Chapitre II : ELEMENTS METALLIQUES A L’ETAT DE TRACE
2.1. Eléments Traces Métalliques (ETM)
Certains éléments traces sont considérés comme indispensables pour les plantes, et à
travers les chaînes alimentaires pour les êtres vivants. On les appelle micro-éléments car ils
sont généralement présents en très faible quantités <0,1%. Certains d’entre eux sont
indispensables à la vie et joue en particulier un rôle de cofacteur d’enzyme.
Un certain nombre d’ETM peuvent, quand ils dépassent certains seuils, devenir
toxiques pour les êtres vivants. L’intervalle peut être étroit entre les niveaux de carence et de
toxicité. Dans les sols acides, le cuivre et le zinc considérés comme oligo-élément peuvent
être aussi toxiques. D’autres éléments non indispensables au développement végétal ont une
toxicité importante pour les êtres vivants : ce sont le cadmium, le plomb, le chrome, le
mercure et l’arsenic. Parmi ces ETM toxiques appelés aussi métaux lourds, la plupart ont des
densités supérieures à 5.
Parler d’ETM toxiques suppose une bonne connaissance de leurs effets sur les êtres
vivants. On distingue l’origine naturelle de ces éléments pour laquelle on parle souvent de
fond géochimique et l’origine anthropique, où l’on précisera le degré de contamination et de
pollution.
2.2. Sources de contamination par les Eléments Traces dans le sol
2.2.1. Fond géochimique
C’est par définition la teneur naturelle en micro-éléments dans les sols sans intervention
humaine. Le fond géochimique dépend de la teneur présente dans la roche à l’origine du sol,
et des processus qui sont intervenus lors de la formation du sol et qui ont lessivé ou concentré
l’élément. L’étude du fond géochimique porte sur des analyses de sédiments de berge
prélevés dans le ruisseau ou rivière.
Le comportement des ETM dans le sol dépend de différentes conditions : du milieu et
des caractéristiques chimiques de chaque élément tels que la constante d’acidité ou pKa des
ions ou produit de solubilité. Ces caractéristiques sont en relation avec le rayon ionique r de
l’élément et la charge de l’ion. Ainsi le Cr3+
a un comportement très peu mobile sauf en
condition complexant ou réductrice. Les autres éléments comme le Cu 2+
et Zn 2+
ont une
mobilité plus grande en milieu peu acide. Par conséquent la mobilité est faible, les éléments
libérés s’accumulent.
Etudes bibliographiques
7
Une telle étude est nécessaire pour distinguer le fond géochimique, la pollution diffuse en
surface et les redistributions éventuelles au sein du profil. Cela permettrait de prévoir les
évolutions à long terme des sols et des pollutions diffuses.
2.2.2. Contaminations diffuses par les ETM
2.2.2.1. Apports atmosphériques diffus
Il existe une diffusion globale de certains polluants organiques ou minéraux qui peut
atteindre les parties les plus éloignées des sites d’émission. Le plomb est émis, par exemple,
par la combustion des moteurs à explosions à partir du plomb tetraethyle, antidétonant ajouté
à l’essence des véhicules ; il est émis par les usines et est transporté à l’état particulaire. La
retombée de ces éléments s’effectue à la surface des sols, des océans ou des lacs. En général,
le mercure est en phase gazeuse, les autres éléments comme le chrome, le cuivre sont
particulaires, sous forme de grosses particules (>2µm).
2.2.2.2. Pollution diffuse d’origine agricole
Cette pollution peut être cumulée depuis le début de la fertilisation et des traitements
phytosanitaires de la surface agricole.
Les amendements calcaires apportent une forte quantité de manganèse, zinc, en faible
quantité d’autres micro-éléments plus toxiques (Pb, Cu, As, Cd et Cr).Il faut également citer
les scories de déphosphoration des sols. Ces scories contiennent des quantités importantes de
nickel et chrome.
Parmi les fertilisants, ce sont essentiellement les phosphates qui apportent les métaux
lourds. Les phosphates naturels peuvent selon leur origine concentrer certains micro-éléments,
en particulier le cadmium, le chrome, le cuivre et le nickel.
Précisons que les amendements organiques traditionnels comme le fumier ne sont pas
exempts d’ETM. L’apport régulier de fumier apporte du zinc et du cuivre.
2.2.3. Métaux lourds dans les déchets
Les métaux lourds se trouvent dans les différentes catégories de déchets : déchets
industriels, déchets ménagers. Ceci est dû à l’usage des métaux lourds dans l’industrie et dans
les produits de consommation. Pratiquement tous les secteurs sont concernés et les dernières
utilisations « qui résistent » sont des applications où les substituts techniques n’ont pas pu être
Etudes bibliographiques
8
identifiés (cas des batteries automobiles au plomb, par exemple, utilisation de cadmium dans
les piles et accumulateurs, utilisation de mercure dans les instruments de mesure et dans les
tubes fluorescents...).
De très nombreux exemples illustrent ce mouvement (bannissement du mercure dans les
thermomètres et les piles par exemple...). Deux secteurs sont particulièrement intéressants:
- l’un est historique, mais se traduit encore aujourd’hui par des difficultés pour traiter les
déchets ; c’est le cas des métaux lourds dans la peinture,
- l’autre est une révolution qui est annoncée et qui aura des conséquences majeures pour les
collectivités locales ; c’est le cas des métaux lourds dans le traitement du bois.
2.2.3.1. Déchets industriels
Les métaux lourds se trouvent de façon évidente dans les déchets industriels, avec une
hiérarchie entre secteurs. Les secteurs émetteurs directs sont le raffinage de métaux, la
métallurgie de l’acier, la chimie... Les métaux lourds proviennent des huiles usagées, des
huiles industrielles (cadmium, plomb), des tanneries (mercure), des textiles (cadmium...),
pneumatique (cadmium...) ; des sous-produits industriels divers (solvants, déchets de
peinture). La composition chimique des différents déchets industriels est très variable selon
les produits.
2.2.3.2. Déchets ménagers
La production globale d’ordures ménagères dans le monde est de 26 millions de tonnes
(2009), soit 434 kg par habitant et par an. Les métaux représentent 4,1 % du total, les métaux
hors aluminium et hors emballage 1 %. Les métaux lourds se trouvent principalement dans
cette fraction. Principalement seulement, car, en vérité, les métaux lourds, éléments naturels
se retrouvent dans tous les compartiments des déchets : les papiers, les plastiques, les
putrescibles (les poissons), et surtout les « éléments fins », c’est-à-dire les éléments inférieurs
à 2 cm dans lesquels on trouve beaucoup de métaux lourds : les piles (au mercure et au
cadmium), les capsules de sur-bouchage (au plomb), les débris de lampes et de thermomètres
(au mercure), « les amalgames dentaires, déchets de cabinets dentaires ».
Généralement, les sites pollués sont classés en trois catégories :
Etudes bibliographiques
9
- les anciennes décharges de déchets industriels,
les dépôts de déchets ou de substances polluantes,
- les sols pollués par les retombées : infiltration ou déversement de substances
polluantes.
Dans les sites contaminés, la concentration en éléments métalliques est très importante ;
les micro-éléments pourront atteindre des concentrations extrêmes ; par conséquent, ces sols
posent des problèmes dans la mesure où les éléments sont présents dans les structures
cristallines des minerais donc sous de forme peu altérable et peu mobile. Les risques
proviennent de l’érosion et de la présence de sulfure qui correspond souvent aux formes de
minerais les plus exploités. Lorsque ces sulfures (pyrites…) sont exposés à l’atmosphère et à
la pluie, il y a oxydation et formation d’acide sulfurique qui va acidifier les eaux et va
transporter à l’état dissous tous les métaux majeurs ou mineurs. Dans de tels cas, les alentours
peuvent être désertifiés sous l’influence de l’acidité et de la toxicité métalliques.
2.2.4. Traitements phytosanitaires à base de micro-éléments
Le traitement à base de sulfate de cuivre en présence de chaux, effectué plusieurs fois
par an en pulvérisation est destiné à lutter contre le développement d’une maladie fongique.
Ce traitement entraine une assez forte accumulation en cuivre en surface qui peut être
disséminé en profondeur par les façons culturales. La base de référence de la teneur moyenne
en cuivre dans les sols est souvent 100ppm. Le cuivre présent dans les fractions grossières du
sol sera lié à des fragments organiques et dans les fractions fines liées aux principaux
colloïdes du sol.
Si le cuivre est le micro-élément le plus utilisé en traitement phytosanitaire, il y a aussi
des traitements à base de mercure ou d’arsenic (généralement contre les insectes) ; le
manganèse n’est toxique qu’en milieu aqueux.
Aux fuites possibles par dispersion des pesticides dans l’air lors des apports par voie
aérienne peut s’ajouter une volatilisation des produits en fonction de la température à partir de
la surface du sol. Si un transfert lent du produit s’effectue à travers le sol, de nombreux
mécanismes d’adsorption ou d’immobilisation physico-chimique peuvent se produire sur les
constituants actifs du sol (argile-matière organique). Les pesticides peuvent êtres neutres ou
chargés ; ils vont le plus souvent rencontrer des sites de fixation. Les composés anioniques à
Etudes bibliographiques
10
caractère de base forte ne seront pas fixés, les molécules à comportement de base faible seront
légèrement fixées. Les composés à comportement cationique sont beaucoup plus fixés, ils
viennent renforcer les liaisons avec la phase solide. Les résidus de pesticides se lient très
souvent préférentiellement aux molécules d’acides humique ou fulvique. Le transfert ou la
fixation des pesticides dépend de la valeur du coefficient de distribution (Kd) entre la phase
solide et la solution ; plus le coefficient est élevé, plus le composé est lié.
2.3. Devenir des ETM dans les sols
Les transferts dans le sol s’effectuent par l’eau pour les composés hydrosolubles soit par
convection, par diffusion, ou par adsorption. La mobilité des composés insolubles dans l’eau
est fonction de leur densité et de leur viscosité.
La transformation et la disparition des ETM dans le sol relève de plusieurs types
d’action : des processus d’oxydo-réduction, des actions catalytiques au niveau des surfaces
d’argile ou des substances organiques du sol.
Etudes bibliographiques
11
En effet, plus de 85% des oligo-éléments sont susceptibles de s’accumuler dans le sol ; ils
peuvent s’infiltrer selon la perméabilité du sol et contaminer les eaux souterraines.
La limite de leur toxicité dépend des types de plante et de sol. Un élément apporté au
sol par l'irrigation peut être inactivé par des réactions chimiques ou peut s'accumuler jusqu'à
atteindre un niveau toxique.
Certaines structures de sol peuvent les retenir et les rendre agressifs aux racines. Le
système d'irrigation peut également affecter l'absorption d’éléments toxiques par les plantes.
2.4. Toxicité des Eléments Traces Métalliques
2.4.1. Toxicité pour l’homme
En ce qui concerne la règne animal, le niveau d’accumulation est important dans
certains mollusques : les huitres et les moules par exemple peuvent parfois concentrer les
ETM (Cd) contenus dans l’eau de mer ; ce qui constitue un facteur de risque énorme pour
l’homme.
La toxicité de certains ETM pour l’homme peut entrainer la mort :
ETM
Transfert vertical Transfert latéral
Fissure
Transfert lent
Adsorption Immobilisation
Nappe
Ruissellement
Eau superficielle
Sol
Etudes bibliographiques
12
L’intoxication par le plomb conduit au saturnisme qui se manifeste à la fois dans le sang
(hématies), sur le système nerveux central et sur les reins. Au niveau du sang, c’est une
enzyme, l’acide aminolevulinique dehydratase qui est touché. Même à très faible dose dans le
sang, le plomb peut avoir une influence, en particulier sur le quotient intellectuel des enfants.
L’intoxication par le methylmercure se manifeste surtout sur le rein et sur le système nerveux
central.
Le cadmium passe sans problème du sol dans la végétation puis dans l’alimentation humaine ;
c’est un élément qui n’est pas éliminé par l’homme et qui va donc se concentrer dans certains
organes, surtout le foie et les reins avec excrétion de γ2 et β2 globulines. C’est de plus un
élément mutagène qui peut altérer la structure de l’ADN.
L’arsenic atteint différents organes. Il provoque des pigmentations ou des tumeurs de la peau,
des cancers, des atteintes du système nerveux et du foie [3].
2.4.2. ETM en agriculture
Les plantes ont des comportements très diversifiés vis-à-vis des ETM. Les ETM
provoquent une phytotoxicité ou des anomalies de développement sur les végétaux. Ces
anomalies se manifestent sous divers symptômes tels que la chlorose, la coloration anormale,
la défoliation, le dépérissement, la dessiccation, le flétrissement, la malformation, la marbrure,
la nécrose, une déformation des feuilles ou de la tige, des signes apparents de taux de
croissance, des développements anormaux. Une flore spécifiquement adaptée peut tolérer une
forte concentration.
2.4.2.1. Cuivre
Le cuivre est associé à un certain nombre de métalloprotéines. Sa présence dans le
cytochrome–oxydase explique l’importance de son rôle dans le métabolisme. Soixante-dix
pour cent du cuivre se trouve dans la chlorophylle et ont une fonction capitale dans
l’assimilation. La carence en cuivre entraine un vieillissement précoce de la chlorophylle et
un déclin du rendement des végétaux.
Le sulfate de cuivre est le plus utilisé des sels de cuivre. Il entre dans la composition de
certains fongicides et d'engrais ; le cuivre est un oligo-élément nécessaire à de nombreux
Etudes bibliographiques
13
processus biochimiques chez les plantes (comme chez les animaux). Le sulfate de cuivre est
également utilisé comme additif alimentaire dans la nourriture des porcs.
Le cuivre peut se trouver dans les sols et dans les végétaux.
Dans les sols
Dans la nature, le cuivre se présente principalement sous forme de sulfures.
La plus grande partie du cuivre total se trouve dans les réseaux cristallins des minéraux
primaires et secondaires.
Le cuivre existe dans des combinaisons organiques et sous forme de cation échangeable
dans les colloïdes du sol.
Une petite fraction du cuivre total, généralement inferieur à 0,001 ppm se trouve dans la
solution du sol ; elle est presque entièrement liée à la matière organique.
Le cuivre total varie entre 10 et 200 ppm ; sa teneur moyenne est d’environ 55ppm. Le
cuivre est plus abondant dans le basalte (100 ppm) que dans le granite (10 ppm).En
conséquence les sols basaltiques sont plus riches en cuivre total que les sols granitiques.
La teneur en cuivre libre dépend des facteurs suivants : réserves totales, pH, matière
organique, texture du sol, ions antagoniste.
Dans les végétaux
La teneur en cuivre est normalement comprise entre 5 et 20 ppm selon les plantes. Les
jeunes plantes contiennent la teneur la plus élevée ; la teneur qui décroit constamment à
mesure que le végétal arrive à maturité. La répartition du cuivre dans les pousses semble
dépendre du niveau de cuivre disponible pour la plante. Il est mobile dans les végétaux
carencés. Ainsi, dans les plantes bien pourvues en cuivre, le sommet des pousses et des jeunes
feuilles ont des concentrations relativement plus élevées que les feuilles anciennes.
D’ordinaire, les jeunes feuilles de plantes carencées en cuivre contiennent des quantités
moindres que les feuilles anciennes.
2.4.2.2. Chrome
Très répandu dans la nature, le chrome est le 21e élément le plus abondant dans la croûte
terrestre.
Etudes bibliographiques
14
Le chrome a une valence de + 3 dans les chromites et les sels chromiques. La plupart de ces
composés sont verts, quelques-uns sont rouges ou bleus. Par exemple, l'oxyde chromique
(Cr2O3) est un solide vert.
Dans les chromates et les dichromates, le chrome a une valence de + 6. Le dichromate
de potassium (K2Cr2O7) est un solide rouge soluble dans l'eau. Mélangé à la gélatine, il donne
le chromate de plomb (PbCrO4), solide insoluble.
Etudes bibliographiques
15
Chapitre III : REFERENCES ET NORMES
L’interprétation et la comparaison des résultats nécessitent l’utilisation des valeurs de
références et des normes.
3.1. Normes de référence utilisée pour l’eau
Le décret 2003/464 du 15 avril 2003 promulgué par le Ministère de l’Environnement,
des Eaux et Forêt Malgache classifie les eaux de surface en fonction des concentrations des
éléments présents dans l’eau. La classification dépend de plusieurs paramètres.
- Classe A : eau de bonne qualité ; les multiples usages sont possibles ;
- Classe B : eau de qualité moyenne, interdite pour la baignade;
- Classe C : eau de qualité médiocre,
- Hors classe : la contamination est excessive, aucun usage n’est possible à part la navigation
Tableau 4: Classification des eaux de surface et réglementation des rejets des effluents
liquides [12]
Paramètres Classe A Classe B Classe C Hors classe
Norme
FACTEURS PHYSIQUES ET CHIMIQUES
Température (°C) < 25 [25 ; 30] [30 ; 35] 35 < 30
pH 6≤ pH ≤ 8,5 5,5 < pH < 6,0
ou 8,5 < pH < 9,5
pH ≤ 5,5 ou
9,5 ≤ pH - 6,0≤pH≤9,0
CE (µS/cm) CE ≤ 250 250 < CE ≤ 500 500 < CE ≤ 3000 3000< CE 200
FACTEURS BIOLOGIQUES
OD (mg/l) 5≤ OD 3 < OD < 5 2 < OD ≤ 3 OD < 2 -
FACTEURS INDESIRABLES
(mg/l)
Fer Zinc Manganèse Aluminium Plomb Chrome
10 0,5 5,0 5,0 0,2 2,0
Les limites recommandées pour les éléments-traces métalliques dans les eaux usées destinées
à l’usage agricole sont présentés dans le tableau 5.
Etudes bibliographiques
16
Tableau 5: Limites recommandées pour les éléments-traces métalliques dans les eaux usées
destinées à l’irrigation [12]
Eléments Aluminium Cuivre Fer Plomb Manganèse Zinc Chrome
Utilisation à
long terme
(mg/l)
5,00 0,20 5,00 5,00 0,20 2,00 0,10
Ces limites n’endommagent ni les plantes, ni les sols.
3.2. Normes de références utilisées pour le sol
Les valeurs limites de concentration en Eléments-Traces dans les sols agricoles
(norme européenne) sont données dans le tableau 6.
Tableau 6: Valeurs limites de concentration en élément-traces dans les sols agricoles
Eléments Valeurs limites de concentration en mg/kg*
Chrome total 100-150
Cuivre 50 à 140
Zinc 150 à 300
Plomb 50 à 300
Fer 150 à 300
*en mg/kg de matière sèche d’un échantillon représentatif des sols dont le pH est de 6 à 7
Source : AFNOR
Le tableau 7 donne les doses toxiques de quelques oligo-éléments dans le sol.
Tableau 7 : Doses toxiques de quelques oligo-éléments [13]
Eléments Fer Manganèse Zinc Cuivre
Doses en ppm 200 20 300 150
Tableau 8: Références pour la valeur de la somme des bases, de la capacité d’échange
cationique et du taux de saturation du sol
Très faible Faible Moyenne Forte Très forte
Somme des bases : (Ca+ Mg+ K+ Na)méq/100g
< 2 2 à 5 2 à 5 10 à 15 > 15
Capacité d’échange T en méq/ 100g
< 5 5 à 10 10 à 25 25 à 40 > 40
Etudes bibliographiques
17
Tableau 9 : Référence pour la matière organique, le carbone, l’azote et le phosphore
assimilable (Riquier, 1991)
Très pauvre Pauvre Moyen Riche Très riche
M.O % < 0,30 0,30 à 0,60 0,60 à 1,70 1,70 à 3,00 > 3,00
C % < 0,50 0,50 à 1,00 1,00 à 3,00 3,00 à 5,00 > 5,00
N % < 0,05 0,05 à 0,10 0,10 à 0,15 0,15 à 0,25 > 0,25
P (ppm) < 2,50 2,50 à 5,00 5,00 à 10,00 10,00 à 25,00 >25,00
Tableau 10 : Normes d’interprétation du sol tropical utilisées à Madagascar(FOFIFA)
3.3. Normes de références utilisées avec la plante
Tableau 11: Teneur en cuivre et en chrome habituellement rencontré dans les denrées
alimentaires : (OMS 1982)
Quantité en mg/kg de MS
Chrome ≤ 0,1
Cuivre ≤ 2
Paramètres (x) (mg/l)
Très pauvre
Pauvre Moyen Riche Très riche
Azote Kjeldhal x < 0,05 0,05 < x < 0,10 0,10 < x < 0,15 0,15 < x < 0,25 0,25 < x
Carbone x < 0,05 0,05 < x < 0,10 0,10 < x < 0,15 0,15 < x < 0,25 0,25 < x
M.O x < 0,50 0,50< x < 1,00 1,00< x < 3,00 3,00< x < 5,00 5,00< x
Phosphore x < 2,50 2,50 < x <5,00 5,00< x < 10,0 10,00< x < 25,00 25,00< x
Sodium x < 0,10 0,10< x < 0,30 0,30 < x < 0,70 0,70 < x < 2,00 2,00< x
Calcium x < 1,00 1,00< x < 2,30 2,30 < x < 3,50 3,50< x < 7,00 7,00< x
Magnésium x < 0,40 0,40< x < 1,00 1,00< x < 3,00 3,00< x < 8,00 8,00< x
Potassium x < 0,10 0,10< x < 0,20 0,20 < x < 0,40 0,40 < x < 0,80 0,80< x
Valeurs minimales proposées pour Madagascar pour les métaux à l’état trace dans le sol agricole (oligo-éléments) en ppm
Plomb 50
Chrome total 150
Fer 150
Cuivre 50
Zinc 150
Paramètres (x) Très faible
Faible Moyen Fort Très fort
CEC x < 5 5 < x < 10 10 < x < 25 25 < x < 40 40 < x
Paramètres (x) Trop faible Satisfaisant Trop Fort
C/N x < 10 10 < x < 20 20 < x
Travaux personnels
18
Deuxième partie
TRAVAUX PERSONNELS
Travaux personnels
18
Chapitre I : PRESENTATION DES SITES
Nos investigations portent sur les sites d’Ambatomanga et d’Andravoahangy.
1.1. Site Ambatomanga
1.1.1. Critères de choix
Le site Ambatomanga est choisi comme site témoin .Il se trouve dans un endroit exempt
de toute pollution chimique. Les cressonnières sont irriguées par une eau de source naturelle.
Ce site a été aménagé en cressonnière depuis une dizaine d’années.
Les cressons cultivés sont les mêmes que ceux cultivés à Andravoahangy.
Photo1 : Site Ambatomanga
1.1.2. Localisation géographique
Le site se situe dans le FKT d’Alarobia, dans la Commune Rurale d’Ambatomanga,
district de Manjakandriana, région Analamanga.
1.2. Site Andravoahangy
1.2.1. Aspect physique du milieu
Le site d’Andravoahangy se trouve dans la région d’Antananarivo située à une altitude
environ 1000m au- dessus du niveau de la mer.
Travaux personnels
19
Température
La plus basse température de cette région est inférieure à 10 °C pendant la saison froide.
La température peut atteindre 28°C en saison chaude.
Précipitations
Le régime pluviométrique montre une légère perturbation à cause du changement
climatique global. Les précipitations moyennes annuelles sont comprises entre 750 à
1300mm. Auparavant elles étaient de 1200 à 1500mm. Une saison sèche et fraiche de Mai à
Septembre marque l’année hydrologique pendant laquelle les précipitations mensuelles restent
inférieures à 50mm. Près de 90% de pluie sont enregistrés durant cette période.
1.2.2. Critères de choix
Les enquêtes menées auprès des agriculteurs, nous ont permis de connaitre que ce site
était cultivé de cresson depuis 1983.
D’après des études préliminaires faites avec les équipes du laboratoire de Chimie de
l’Environnement Ampasampito, dirigés par le Professeur Josette RAKOTONDRAIBE, le site
Andravoahangy est parmi les sites les plus pollués avec présence de toutes sortes de
déchets organiques et minéraux. Ils proviennent du grand marché, des garages, des ateliers de
fabrication métallique, des boiseries, de la station-service,….Ces déchets se déversent dans les
canaux qui irriguent les cressonnières.
Travaux personnels
20
Voici quelques photos montrant la pollution du site.
1.2.3. Localisation géographique
La cressonnière d’Andravoahangy se trouve dans la Commune Urbaine d’Antananarivo.
Elle est entourée d’un grand marché (au sud), d’une station-service (au nord), d’une route
bordée de garage et des ateliers de fabrication métallique (à l’ouest), des habitations
concentrées (en amont à l’est).
Photo 3 : Canal d’irrigation-déchets-
cressonnières
cressonnières
Photo 2 : Cressonnières-ordures
Photo 5 : Canal d’irrigation-ordures Photo 4 : Cabinet d’aisance au bord du
canal
Travaux personnels
21
Carte 1 : Les canaux d’evacuations d’eau parvenant au site
Source : FTM Echelle :1/10 000
Légende :
Canal
Cressonnière
Sens d’écoulement de l’eau
Marais Masay
Site
Travaux personnels
22
Photo 6 : Site Andravoahangy
Source : Google earth 2009
Légende
Sens de l’écoulement de l’eau d’irrigation
Canal d’irrigation
S E
Travaux personnels
23
Chapitre II : TRAVAUX SUR TERRAIN
La méthodologie consiste d’abord à effectuer des analyses physico-chimiques des
eaux, des sols et des plantes sur le lieu. Les paramètres à analyser sont des indicateurs
permettant de déterminer le degré de pollution des rejets urbains particulièrement les éléments
traces métalliques tels que les ions Cr3+
et Cu2+
. Des échantillons d’eaux et de sols ont été
prélevés.
Ensuite nous avons été amenés à effectuer des essais en laboratoire pour déterminer les effets
des ions Cr3+
et Cu2+
sur la plante. Les indicateurs analysés sur les plantes sont : la longueur
des tiges et la masse à la récolte.
2.1. Caractérisation des eaux d’irrigation
2.1.1. Echantillonnage
Dix-huit échantillons d’eau ont été prélevés dans chaque site. Des points de prélèvement
fixes, l’un à l’entrée de la cressonnière et l’autre à la sortie ont été choisie afin de pouvoir
apprécier l’évolution de la qualité des eaux dans le milieu récepteur.
Les points PE1 et PE2 sont les points de prélèvements d’eau dans le site témoin à
Ambatomanga. PE3 et PE4 sont localisés dans le site d’étude à Andravoahangy.
Chaque échantillon est prélevé dans une bouteille en plastique de 1,5 litre bien nettoyée
avec de l’eau distillée puis rincée plusieurs fois avec de l’eau à analyser pour éviter de fausser
aussi les résultats. Les échantillons ont été analysés dans différents laboratoires spécialisés,
selon les paramètres.
Pour éviter la modification de la qualité des échantillons, ils sont conservés à une
température de 4°C, à l’obscurité.
Tableau 12: Description de l’échantillonnage
Nom Site Point de
prélèvement
Nombre de
prélèvements
Fréquence de
prélèvements
Période
E1 Ambatomanga PE1 9 3 Saison sèche
E2 Ambatomanga PE2 9 3 Saison sèche
E3 Andravoahangy PE3 9 3 Saison sèche
E4 Andravoahangy PE4 9 3 Saison sèche
Légende :
Travaux personnels
24
E1 : échantillons prélevés à l’entrée des cressonnières du site témoin
E2 : échantillons prélevés à la sortie des cressonnières du site témoin
E3 : échantillons prélevés à l’entrée des cressonnières du site d’étude
E4 : échantillons prélevés à la sortie des cressonnières du site d’étude
2.1.2. Paramètres à considérer
Les paramètres choisis sont des indicateurs nécessaires pour évaluer la qualité des
rejets liquides urbains : il s’agit du pH, de la conductivité, du TDS, de la turbidité et des ions
métalliques. Ils sont représentés dans le tableau 13.
Tableau 13: Choix des paramètres
Paramètres Critères de choix
pH Mesure l’acidité ou l’alcalinité de l’eau. Il peut avoir des
effets toxiques directs sur les espèces aquatiques.
CE La mesure de la CE indique la concentration en substances
ionisées dans les rejets.
Pot Permet de connaitre la charge cationique ou anionique dans
les rejets
TDS Le TDS représente le taux de sels solubles dans l’eau
DBO Caractérise de la quantité organique biodégradable
DCO Indique la quantité globale de matière organique de l’effluent
Turbidité Mesure la présence des matières en suspensions (organique
ou minérale)
Cu, Cr Indique la contamination par les éléments traces
Acidité de l’eau d’irrigation
Le pH est un indicateur important pour mettre en évidence la qualité des eaux usées
urbaines. Il permet de déterminer l’acidité ou la basicité de l’eau.
La norme indique que les valeurs acceptables sont comprises entre 6 et 8,5 avant rejet
dans la nature. La variation du pH du milieu a des effets sur la vie des microorganismes.
Travaux personnels
25
Potentiel d’oxydo-réduction
La mesure du potentiel d’oxydo-réduction permet de connaitre la charge cationique
ou anionique dans les rejets. Il est exprimé en mV (millivolt).
L’influence du potentiel rédox sur la solubilité des oligo-éléments peut être résumée
comme suit :
dans des conditions réductrices, la solubilité initiale des oligo-éléments
augmente. Les formes réduites du fer (Fe2+
) et du manganèse (Mn2+
) sont plus
solubles que leurs formes oxydées (Fe3+
, Mn3+
, Mn4+
) et la dissolution de leurs
oxydes provoque une libération des autres oligo-éléments inclus. Des sols
saturés d’eau et une structure compacte du sol favorisent les conditions
réductrices
dans des conditions réductrices extrêmes, correspondant à des valeurs du
potentiel rédox inférieures a -150 mV par rapport à l’électrode à mercure, la
plupart des oligo-éléments sont présents sous forme précipitée (sulfures) et par
conséquent sont indisponibles pour les végétaux
dans des conditions oxydantes, c’est-à-dire dans des conditions aérobies, la
minéralisation de la matière organique est favorisée, aboutissant à une
mobilisation des oligo-éléments complexés ou fixés par les composés colloïdaux
organiques du sol [15].
Conductivité électrique de l’eau d’irrigation
La mesure de la CE indique la concentration en substances ionisées dans les rejets. Ces
ions se présentent dans l’eau sous forme des sels minéraux solubles capables de transmettre le
courant électrique comme les cations : Ca2+
, Mg2+
,Na+, K
+ et l’anion SO4
2-. L’unité de
mesure est le µS/cm. La valeur de la CE est importante pour déterminer sa qualité à
l’irrigation. La valeur est proportionnelle à celle du TDS.
Taux de sels dissous
Le TDS représente le taux de sels solubles dans l’eau : NaCl, CaSO4, MgSO4, CaCl2,
MgCl2. On l’exprime en mg/l.
Travaux personnels
26
Cuivre
Le cuivre est un oligo-élément. Un taux excessif ou une carence provoque des effets
sur le développement des plantes. On l’exprime en mg/l.
Plomb, chrome
Le plomb et le chrome sont des métaux issus de la pollution atmosphérique provoquée
par les automobiles. On l’exprime en mg/l.
2.1.3. Matériels et méthodes
Les paramètres analysés ainsi que l’appareil de mesure et la méthode d’analyse pour les
eaux usées est représenté dans le tableau suivant. De gauche à droite, les paramètres analysés,
les unités, l’appareil de mesure et la méthode utilisée, la gamme d’appareillage et sa précision,
la longueur d’onde analytique utilisée.
Tableau 14: Méthodes et appareillage d’analyse
Paramètres Unités Appareil de
mesure
méthodes
Gamme
d’appareillage
et précision
(mg/l)
Longueur
d’onde
(nm)
Photomètre
Conductivité µS/cm Conductimètre ± 0,1
pH Méthode
éléctromètrique ± 0,1
Taux de sels
dissous mg/l
Méthode
éléctrométrique
Cuivre total mg/l
Photometer
Palintest 7100-
Spectrophotométrie
0,00 – 5,00 520 Phot 11
Cuivre libre mg/l
Photometer
Palintest 7100-
Spectrophotométrie
0,00 – 5,00 520 Phot 11
Chrome mg/l
Spectromètre
d’absorption
atomique, PERKIN
ELMER 1100 B Spectrophotométrie
357,90
Zinc mg/l Photometer
Palintest 7100-0-4,00 640 Phot 35
Travaux personnels
27
Spectrophotométrie
Plomb mg/l
Spectromètre
d’absorption
atomique, PERKIN
ELMER 1100 B
283,30
Certains paramètres doivent être mesurés immédiatement sur site :
Premièrement, on a mesuré l’acidité, le potentiel redox, la conductivité et le taux de
salinité.
Acidité de l’eau d’irrigation
Le pH est mesuré sur terrain avec un kit portable multiparamètre.
Potentiel rédox
Le potentiel chimique est mesuré sur terrain avec un kit portable multiparamètre, unité mV.
Conductivité électrique de l’eau d’irrigation
La conductivité électrique de l’eau d’irrigation CE est mesurée sur terrain avec un kit portable
multiparamètre, unité µS/cm.
TDS
Le TDS est mesuré sur terrain avec un kit portable multiparamètre, unité mg/l.
Ensuite on a mesuré la turbidité et les bases échangeables.
Turbidité
La turbidité est mesurée par méthode spectrophotométrie Photometer Palintest 7100, unité
FTU.
Bases échangeables
Le calcium, le magnésium, le sodium et le potassium sont mesuré par méthode
spectrophotométrie Photometer Palintest 7100, unité mg/l.
Enfin, on a mesuré les éléments traces.
Travaux personnels
28
Eléments-Traces Métalliques ou oligo-éléments
Le Fer, le Zinc, le Manganèse, l’Aluminium, le Cuivre est mesuré par méthode
spectrophotométrie Photometer Palintest 7100, unité mg/l.
Plomb et Chrome
Le Plomb et le Chrome sont mesurés par méthode spectrophotométrie, unité mg/l.
Pour les paramètres suivants : sels solubles, oligo-éléments, substances indésirables, la
texture, pHs, CEs, CEC, bases échangeables, matières organiques, azote Kjeldhal, phosphore
assimilable, les mesures ont été effectuées, soit au laboratoire de Chimie de l’Environnement
(LCE), soit au laboratoire de Pédologie du FOFIFA.
Photo 8 : Photometer Palintest 7100
Photo7 : analyses effectuées sur site avec
le kit multiparametre
Photo 9 : Spectromètre
d’Absorption Atomique, PERKIN
ELMER 1100B
Travaux personnels
29
2.1.4. Traitement des données
L’interprétation des résultats des analyses permet de caractériser la qualité des eaux
d’irrigation, et l’évolution qu’ils subissent à travers le milieu récepteur. Ces résultats ont été
comparés avec la norme d’interprétation de la qualité de l’eau d’irrigation utilisée à
Madagascar.
2.2. Caractérisation des sols récepteurs
Pour caractériser les sols récepteurs, on procède aux analyses des échantillons prélevés
sur site. Ces analyses ont pour objectif de déterminer la structure physico-chimique des sols
de cressonnières : caractéristiques physico-chimiques et biologiques des sols et évolution
chimique des éléments-traces métalliques ou oligo-éléments.
Deux prélèvements durant le cycle de culture sont effectués : un échantillon avant le
cycle et un autre à la récolte. Pour avoir un échantillon représentatif du site, on a effectué les
prélèvements sur trois points suivant le diagonal de la cressonnière. Notons PT1, PT2 et PT3
les points d’échantillonnage du témoin et PS1, PS2 et PS3 pour le site d’étude.
Les contenants choisis pour transporter et entreposer les échantillons de sol prélevé sur
le terrain sont des sacs en plastique épais bien propre pour éviter d’autre contamination.
Les échantillons sont étiquetés, les étiquettes mentionnent la date, le lieu de prélèvement, et
les paramètres à analyser.
2.2.1. Echantillonnage
Matériels
Une truelle en plastique
Des sacs en plastiques
Une balance
Des étiquettes
Principe
Il s’agit d’une méthode générale d’échantillonnage des sols en vue des analyses destinées à
une interprétation physico chimique pour l’évaluation des paramètres de pollution.
Travaux personnels
30
La profondeur du sol à prélever dépendra de la profondeur d’enracinement de la plante
considérée. 70à 80% de l’apport nutritionnel des plantes maraichères provient de la couche
superficielle : 0 à 30cm.
Préparation d’échantillon de sol au laboratoire
Après chaque prélèvement, avant de passer aux analyses, les échantillons sont traités des
manières suivantes :
- On étale l’échantillon sur une feuille de papier.
- Trois fois par jour, on écrase à la main les mottes de terre afin de favoriser le séchage.
L’échantillon est sec lorsqu’il ne s’effrite plus entre les doigts sans couler.
- Chaque échantillon est ensuite tamiser sur un tamis de 2mm d’ouverture. Après
chaque opération de tamisage, on verse le refus dans un mortier en porcelaine, et on
les écrase de nouveau à l’aide d’un pilon.
Les échantillons de sol prélevés dans le site Ambatomanga et le site Andravoahangy sont
présentés dans le tableau 15.
Tableau 15: Echantillons de sols prélevés dans chaque site
Nom Site Points de prélèvement Nombre de
prélèvement
Fréquence de
prélèvements
S1 Ambatomanga Suivant le diagonal 1 2
S2 Ambatomanga Suivant le diagonal 1 2
S3 Andravoahangy Suivant le diagonal 1 2
S4 Andravoahangy Suivant le diagonal 1 2
Légende :
S1 : échantillons de sol prélevés sur le site témoin avant la culture
S2 : échantillons de sol prélevés sur le site témoin à la récolte
S3 : échantillons de sol prélevés sur le site d’étude avant la culture
S4 : échantillons de sol prélevés sur le site d’étude à la récolte
Travaux personnels
31
Les échantillons sont prélevés sur chaque parcelle de cultures à une profondeur
d’enracinement de la plante, c’est-à-dire 20 à 30cm de la couche superficielle.
2.2.2. Paramètres analysés
Les paramètres analysés permettent de déterminer l’ensemble des propriétés physiques
et chimiques des sols, les teneurs en éléments nutritifs, les teneurs en éléments traces pour
avoir une estimation de la fertilité des sols. Ces paramètres sont rapportés dans le tableau 17.
Les analyses sont effectuées au FOFIFA.
Tableau 16: Paramètres déterminant la qualité des sols
Paramètres Influence
Paramètres
physiques
Perméabilité
Permet de connaitre le rôle épurateur du
sol et les risques d contamination des eaux
souterraines
Conductivité
exprime la teneur en sels minéraux fixés
par le sol.
Texture
Indique la proportion des éléments :
argiles, limon, sable, appelée composition
granulométrique.
Photo 10 : Prélèvement de sol
Travaux personnels
32
Paramètres
chimiques
Matière organique permet de connaitre le processus de
minéralisation par le rapport C/N.
pH permet de déterminer l’acidité du sol,
facteur de mobilité des éléments solubles
Capacité d’Echange
Cationique
Détermine la concentration des sels
dissous dans la solution du sol
Pouvoir absorbant ou
bases échangeables
Détermine l’aptitude du sol à adsorber et
retenir certains éléments solubles.
Eléments Traces
Métalliques
Indique la contamination en éléments
minéraux toxiques.
Perméabilité
La perméabilité définit les mouvements de l’eau dans le sol. La répartition de l’eau en
profondeur résulte de deux mouvements :
Le mouvement descendant de l’eau qui s’infiltre en saison humide.
Le mouvement ascendant par évapotranspiration en saison sèche et
si le sol est cultivé.
La vitesse de filtration dépend de la structure du sol et de la granulométrie du sol.
Conductivité
La conductivité électrique du sol irrigué CEs exprime la teneur en sels minéraux fixés par le
sol.
Granulométrie
L’analyse granulométrique détermine la proportion des différentes particules selon leurs
dimensions.
Matière organique
La quantité de matière organique dans le sol permet de connaitre le type de sol et le processus
de minéralisation par le rapport C/N.
pH
La valeur du pH permet de déterminer l’acidité ou la basicité du sol irrigué. Le pH peut varier
en fonction de la saturation du sol en éléments minéraux. Les phénomènes d’échange entre les
Travaux personnels
33
ions sur le complexe absorbant et les activités biochimiques au niveau de l’humus provoquent
une baisse ou une augmentation du pH.
Capacité d’échange cationique CEC
La CEC déterminé la quantité maximale de cation métallique pouvant être fixé par le sol.
Bases échangeables
Ce sont les cations les plus retenus sur les sols. Elles sont fixées sur le sol de façon différente
et elles peuvent servir d’éléments indispensables pour le développement des plantes. Un taux
excessif ou une déficience dans le sol entraine des effets sur la qualité des aliments et sur la
productivité. Les concentrations de ces cations dans le sol sont fortement influencées par les
apports des eaux usées urbaines.
2.2.3. Appareillage et instrumentation
Tableau 17 : Appareils et méthodes d’analyse des paramètres
PARAMETRES UNITES METHODES APPAREILS LONGUEUR D’ONDE
(nm)
pHs - Rapport eau/sol
(2/5) pH-mètre de CONSORT -
Conductivité Electrique du sol
irrigué CEs µmho/cm
Rapport eau/sol (2/5)
Conductimètre de CONSORT -
Granulométrie % Densimétrie Densimètre de Bouyoucos -
CEC méq/100g
Extraction à l’acétate d’ammonium, suivi
de dosage volumétrique
Appareil à distillation (Gerhart, n°de série :
13II/94)) -
Bases échangeables
(Ca, Mg, K, Na) méq/100g
Extraction par l’acétate
d’ammonium et paramètre
déterminé par un spectromètre d’absorption
atomique
Spectromètre d’absorption atomique, PERKIN ELMER 1100
B
λNa= 589,0
λMg= 285,2
-
λCa= 422,7
Carbone organique
%
Dosage volumétrique en
milieu acide (WALKLEY-BLACK :
réaction
- -
Travaux personnels
34
d’oxydoréduction)
Fe2+ ppm
Extraction par l’acide chlorhydrique et
dosage par un spectromètre d’absorption
atomique
Spectromètre d’absorption atomique, PERKIN ELMER 1100
B 248,3
Cu2+ ppm
Extraction par l’acide chlorhydrique et
dosage par un spectromètre d’absorption
atomique
Spectromètre d’absorption atomique, PERKIN ELMER 1100
B 324,8
Zn2+ ppm
Extraction par l’acide chlorhydrique et
dosage par un spectromètre d’absorption
atomique
Spectromètre d’absorption atomique, PERKIN ELMER 1100
B -
Pb2+ ppm
Extraction par l’acide chlorhydrique et
dosage par un spectromètre d’absorption
atomique
Spectromètre d’absorption atomique, PERKIN ELMER 1100
B 283,3
Cr3+ ppm
Extraction par l’acide chlorhydrique et
dosage par un spectromètre d’absorption
atomique
Spectromètre d’absorption atomique, PERKIN ELMER 1100
B 357,9
2.2.4. Traitement des données
Les résultats d’analyses sont comparés avec les normes d’interprétation des sols agricoles à
Madagascar. L’interprétation de ces résultats permet d’estimer la fertilité des sols du site.
2.3. Qualité du cresson produit
Le cresson est une plante épuratrice, la détermination de la quantité d’ions métalliques
absorbée par la plante nécessite l’analyse des produits récoltés.
Travaux personnels
35
2.3.1. Echantillonnage
Pour avoir des échantillons représentatifs du site, les plantes sont prélevés dans différents
points de la parcelle considérée.
2.3.2. Paramètres choisis
Le cuivre et le chrome sont les paramètres d’analyses considérés, car ce sont des indicateurs
de contamination des plantes par les métaux.
2.3.3. Traitement des données.
Pour connaitre la qualité sanitaire du cresson produit, les résultats d’analyse sont confrontés
avec la teneur habituellement rencontrée dans les denrées alimentaires.
Travaux personnels
36
Chapitre III : ESSAI EN LABORATOIRE
La quantité minimale de polluant présent dans le sol qui provoque des effets nocifs à la
plante est déterminée par des essais en laboratoire.
L’essai de phytotoxicité a pour objectif d’évaluer la toxicité d’une substance chimique
dans un échantillon de sol. Il est réalisé avec une même variété de plante cultivée sur les sites
d’Ambatomanga et d’Andravoahangy.
La durée de l’expérience est de 14 jours sur un sol témoin et sur un sol contaminé.
3.1. Sols d’essais
3.1.1. Sol témoin
L’utilisation d’un sol témoin fournit une mesure de l’acceptabilité de l’essai, une preuve
de la santé et du comportement des organismes d’essai, une base pour l’interprétation des
données obtenues avec les sols d’essais.
Il faut s’assurer que le sol témoin soit négatif, c'est-à-dire exempt de tout contaminant
qui pourrait nuire au comportement des plantes pendant l’essai.. Dans ce cas on utilise le sol
naturel prélevé sur le site témoin non contaminé. Il n’a jamais reçu aucune pulvérisation de
pesticide ni d’engrais chimique.
3.1.2. Sols contaminés
Les sols d’essais sont des sols du site témoin enrichi d’une série de concentrations de la
substance chimique étudiée.
3.2. Déroulement de l’essai
L’essai de toxicité consiste en une culture en pots de plantes de même variété que
celle cultivée sur terrain. Les plantes sont cultivées dans des récipients contenant des sols
enrichis d’une dose connue de substance chimique.
Avant de procéder à des essais de toxicité définitifs sur les plantes, nous avons effectué
deux essais préliminaires .Ces essais initiaux permettent de confirmer que les organismes
d’essais ont un comportement différent dans un sol témoin et dans les sols enrichis d’une
substance chimique. En plus, les tests préliminaires sont nécessaires pour déterminer les
concentrations de substances utilisées dans les essais définitifs .Les essais étaient réalisés dans
une chambre à atmosphère adéquate dans laquelle la ventilation, la température et l’éclairage
sont bien contrôlés.
Travaux personnels
37
L’essai de toxicité vise à confirmer le changement de comportement des plantes
exposées à des contaminants.
3.2.1. Préparations des sols
Les sols d’essais sont des sols du site témoin tamisés à 2mm. Ces sols sont ensuite
mélangés à différentes concentrations d’une substance chimique. On remplit chaque récipient
avec 50g de sol tamisé. Le sol introduit dans chaque récipient d’essai est soumis à des
conditions identiques, nous avons utilisé une spatule, nous avons secoué doucement le
récipient sur la table.
Les séries de concentration correspondant à chaque traitement sont données dans les
tableaux 18 et 19.
Tableau 18: Concentrations et traitements avec le chrome
Traitement T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
Dose en
mg/kg de sol 0 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Nombre de
répétition 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
Nous avons 33 unités expérimentales pour l’essai avec le chrome. Le chrome a été apporté
sous forme de bichromate de potassium (K2Cr2O4) molécules peu solubles dans l’eau.
Tableau 19: Concentrations et traitements avec le cuivre
Traitement T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
Dose en
mg/kg de sol 0 25 50 75 120 140 160 180
Nombre de
répétition 3 3 3 3 3 3 3 3
Le cuivre a été apporté sous forme d’oxyde cuivreux, molécules très peu solubles dans l’eau.
3.2.2. Hydratation
Les sols d’essais sont hydratés jusqu’à quasi- saturation avec un taux d’humidité 83%
de la concentration maximale de rétention d’eau.
Nous ajoutons de l’eau à la surface du sol jusqu’à ce que nous observons une accumulation
temporaire d’environ 0.5cm d’eau au fond du récipient d’essai, pour nous assurer que le sol
Travaux personnels
38
superficiel ne soit pas perturbé, et aussi pour une répartition uniforme de l’eau à la surface de
la colonne de sol dans chaque récipient d’essai. Nous pulvérisons l’eau d’hydratation sur la
surface du sol à l’aide d’un flacon pulvérisateur. Pour que la substance introduite soit repartie
de façon égale dans le sol, nous laissons reposer le sol hydraté pendant 24 heures avant de
procéder au semis.
3.2.3. Semence
Pour réduire au minimum la variance dans les résultats des essais, nous avons trié
manuellement les graines afin que celles-ci aient une qualité uniforme .Il est important
d’éliminer les graines brisées ou endommagées ainsi que les enveloppes vides pour avoir un
taux de germination maximal.
Une fois que le sol d’essai est préparé dans chaque récipient, nous déposons 5 graines
triées dans chacun des récipients d’essai installés par ordre croissant de concentration de
substance chimique. Pour éviter toute variabilité dans la profondeur à laquelle les graines sont
enfoncées (ce qui pourrait conduire à une variabilité dans le taux de taux de la croissance de la
plante), nous avons procédé comme suit : dans la préparation de chaque répétition, nous avons
conservé une fraction du sol qui doit être ajouté au récipient d’essai. Une fois le sol ajouté au
récipient d’essai, il faut égaliser doucement la surface et déposer les graines à l’aide d’un
gabarit en plastique pour des trous légèrement plus gros que le diamètre de la graine.
Lorsque la longueur de la tige atteint le bord du récipient, nous mettons un couvercle
sur chaque récipient afin de réduire au minimum les pertes d’humidité.
3.2.4. Arrosage
Les sols sont hydratés pendant les essais.
Lorsque les graines sont déposées dans chaque récipient d’essai, nous hydratons le sol tous les
deux jours en pulvérisant de l’eau distillée sur la surface à l’aide d’une burette.
3.3. Paramètres et mesures effectués
Pour évaluer le changement de comportement des plantes exposées aux substances
chimiques, nous avons considéré les paramètres suivants :
Paramètres biologiques :
Nombre de graines germées.
Levée des plantules pendant l’essai.
Longueur de la pousse et de la racine à la fin de l’essai.
Travaux personnels
39
Masse fraîche et sèche des pousses à la fin de l’essai.
Masse fraîche et sèche des racines à la fin de l’essai.
Dans les analyses de la croissance, on rassemble les mesures respectives de la longueur et de
la masse des pousses ou des racines individuelles dans chaque répétition (récipient d’essai)
afin de calculer les moyennes de ces longueurs et de ces masses. Pour les mesures de la masse
sèches, on calcule la masse moyenne des pousses individuelles dans chaque répétition en
additionnant la masse sèche de toutes les pousses des plantes qui ont survécu dans le récipient
d’essai à la fin de l’essai.
Paramètres chimiques :
Les impacts sont différents en fonction de la quantité des substances introduites. Nous
avons considéré comme paramètre chimique la concentration de substance chimique utilisée
pour chaque traitement au début de l’essai.
La mesure de la longueur des plantules a commencé le 7ème
jour de l’essai .Nous avons
effectué une évaluation visuelle de la santé et de la condition des plantes à partir de la
germination. La mesure et l’arrosage sont effectués tous les deux jours pendant la période
d’essais. A la fin de l’essai, il faut compter le nombre de plantes en vie dans les récipients.
A la fin de l’expérience nous avons compté le nombre de plantes qui ont survécu dans
les récipients. Ensuite, on passe à l’analyse des masses vertes.
3.4. Traitement des données
L’interprétation des résultats permet de déterminer les effets des ions Cr3+
et Cu2+
sur les
cressons et la dose maximale pouvant être toléré par la plante.
Travaux personnels
40
Chapitre IV : INTERPRETATION DES RESULTATS
4.1. Travaux sur terrain
Les résultats d’analyses des prélèvements effectués sur terrain permettent d’identifier les
quantités d’ion cuivre et chrome dans le sol, ainsi que dans la plante durant le cycle de
culture.
4.1.1. Qualité des eaux
Les résultats d’analyse des eaux du site Ambatomanga (ST) et du site Andravoahangy (SA)
sont donnés dans le tableau 20.
Tableau 20 : Caractères physico-chimique des eaux.
Andravoahangy Ambatomanga
Paramètres Entrée Sortie Entrée Sortie Entrée Sortie Entrée Sortie Entrée Sortie Entrée Sortie
pH 6.49 6.13 6.61 6.29 6.08 6.06 6.02 6.03 6.38 6.04
Pot (mV) 3 21 -2 13 24 25 24 28 11 25
CE (µS/cm) 330 210 372 349 295 416 65.6 120 67.6 115
TDS (mg/l) 175 112 190 185 157 222 34.9 64 35.9 61
OD (mg/l) 0.15 0 0.35 0 0.15 0 0.5 0.15 0 0
Turbidité(NTU) 82 22 100 68 94 30 2 3.7 100 4 4
Cr (mg/l) 0.37 0.25 0 0 0.41 0.05 0.32 0.18 0.17 0 0.1 0
Cu total (mg/l) 0.86 0.28 1 0.28 1.2 0.42 0.1 0.08 0.02 0.1 0.2 0.12
Graphe 2 : Quantité de cuivre dans
les deux sites
00,20,40,60,8
11,21,4
SA 1 SA 2 SA 3 ST 1 ST 2 ST 3
mg/
l
Cu2+ à l'entrée Cu2+ à la sortie
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
SA 1 SA 2 SA 3 ST 1 ST 2 ST 3
mg/
l
Cr3+ à l'entrée Cr3+ à la sortie
Graphe 1 : Quantité de chrome dans
les deux sites
Travaux personnels
41
La quantité de chrome contenu dans les eaux irriguant le site Andravoahangy 0,41mg/l
est inférieure à la valeur 2mg/l recommandée par la norme des eaux de surface et des rejets
des effluents liquides à Madagascar. Or, cette teneur en chrome des eaux du site dépasse la
valeur limite 0,1mg/l recommandée pour les ETM dans les eaux usées destinées à l’irrigation.
La quantité de chrome à la sortie d’une cressonnière est inférieure à celle de l’entrée. A la
récolte, on constate une absence totale dans les eaux à la sortie. Une quantité élevée de
chrome est apparue à la fin du cycle, cela peut être dû à l’épandage de pesticide effectué
quelques jours avant la récolte.
En outre, comme le site Ambatomanga (ST) est irrigué par des eaux de source
supposées non contaminées, la présence de chrome dans les échantillons à l’entrée peut être
due à la migration et à l’accumulation en surface de l’élément provenant du fond géochimique
Les eaux du site Andravoahangy contiennent une quantité importante de cuivre .La
quantité de cuivre total du sol est largement supérieur à 0,2 mg/l, valeur limite recommandée
pour les ETM dans les eaux usées destinées à l’irrigation.
Pour chaque prélèvement, une baisse de la quantité de cuivre et de chrome est observée
à la sortie des cressonnières.
4.1.2. Qualité des sols
Les résultats d’analyse des sols effectués avant la culture et à la récolte sont donnés dans le
tableau 21.
Tableau 21 : Résultats d’analyse des sols
Andravoahangy Ambatomanga
Date Avant culture A la récolte Avant culture A la récolte
pH 6.45 6.73 6.12 6.59
CE (µS/cm) 850 825 150 750
Argile(%) 17 25 15 26
Limon(%) 42 34 30 38
Sable(%) 41 41 55 36
Cu (ppm) 41 32 29 20
Cr (ppm) 11,2 7,5 8.8 7.5
Travaux personnels
42
Ces résultats montrent que le site Andravoahangy est plus contaminé par le cuivre et le
chrome que le site témoin.
Pour le site Andravoahangy (SA), la valeur maximale de cuivre est de 41 ppm. Elle est encore
inferieure à la valeur limite recommandée entre 50 à 140 ppm conformément à la norme
européenne.
De même pour le chrome, la quantité la plus élevée est 11,2 ppm ; elle est aussi inferieure à
la valeur limite de la norme comprise entre 100 et 150 ppm.
Nous rapportons dans le tableau 22 la composition du sol de culture
Tableau 22 : Qualité des sols du site
Date Avant culture A la récolte
Argile(%) 17 25
Limon(%) 42 34
Sable(%) 41 41
CEC (méq/100g) 32,9
Matière organique (mg/l) 12,8
Graphe 3 : Quantité de cuivre dans
les sols des deux sites
Graphe 4 : Quantité de chrome dans
les sols des deux sites
0
2
4
6
8
10
12
SA ST
Qu
anti
té d
'ion
Cr3
+ en
pp
m
Cr 3+ avant culture Cr 3+ à la recolte
05
1015202530354045
SA ST
Qu
anti
té d
'ion
Cu
2+
en p
pm
Cu 2+ avant culture Cu 2+ à la recolte
Travaux personnels
43
La valeur de la Capacité d’Echange Cationique du site est élevée, il a une forte aptitude à
retenir les métaux. Le site est aussi très riche en matière organique, ce qui favorise la
minéralisation et facilite la mobilité des ions métalliques dans le sol.
A long terme, le sol du site risque d’accumuler une forte quantité d’ETM.
4.1.3. Qualité des cressons produits
L’analyse effectuée sur les cressons à la récolte permet de déterminer la teneur en ions Cu2+
et
Cr3+
dans la plante. Les résultats sont rapportés dans le tableau 23.
Tableau 23 : Qualités des produits
Ambatomanga Andravoahangy
Cu (%o) 0.004 0.047
Cr (%o) 0 0.002
Durant le cycle de culture, le cresson accumule une forte quantité d’ion métallique.
Ainsi, les quantités en chaque élément à la récolte 47ppm pour l’ion cuivre et 2ppm pour l’ion
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
SA
qu
anti
té e
n p
pm
cuivre
chrome
Graphe 5 : Quantité d’ion métalliques dans la plante à
la récolte
Travaux personnels
44
chrome dépassent les normes recommandées par l’OMS pour les denrées alimentaires, c'est-à-
dire 2ppm pour l’ion Cu 2+
et 0,1ppm pour l‘ion Cr 3+
.
Conclusion partielle
A partir de ces résultats, on observe une diminution importante de la quantité de cuivre
et de chrome à la sortie des sites. Ceci confirme l’absorption d’une certaine quantité des ETM
par le sol et par la plante. Nous pouvons donc dire que les cressonnières jouent un rôle
épurateurs des eaux usées.
4.2. Evaluation des résultats des essais en laboratoire
4.2.1. Toxicités du chrome
Les résultats des mesures effectués avec le chrome sont rapportés dans les tableaux 24, 25 et
26.
Tableau 24 : Longueurs (en cm) des tiges par traitement à partir du 8é jour
T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
8°j 2.44 1.64 1.10 1.12 1.28 1.09 0.98 0.93 1.17 0.96 0.89
10°j 4.33 2.64 2.03 1.96 2.01 1.93 1.3 1.28 1.33 0.96 1.03
12°j 4.93 2.82 2.18 2.32 2.29 2.06 1.40 1.23 0.79 0.79 0.74
14°j 4.85 3.16 2.52 2.72 2.46 2.28 1.97 1.78 1.65 1.18 0.63
Tableau 25 : Longueurs (en cm) des racines par traitement à la récolte
Traitement T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
Longueurs 0.72 0.88 0.94 1 0.99 0.74 0.62 0.50 0.50 0.26 0.22
Travaux personnels
45
Tableau 26 : Masses des tiges à la récolte
Traitement T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
Masses
fraiches(g) 0
.05
15
0.0
25
2
0.0
24
2
0.0
31
6
0.0
24
8
0.0
22
2
0.0
20
8
0.0
20
8
0.0
19
1
0.0
18
0
0.0
19
8
Masses
sèches(g)
0.0
02
0.0
01
7
0.0
02
1
0.0
02
4
0.0
02
8
0.0
02
2
0.0
02
3
0.0
02
4
0.0
02
3
0.0
02
2
0.0
01
9
Les graphes suivants montrent respectivement la longueur des tiges et la longueur des
racines des plantes à la fin de l’essai.
Par rapport aux organismes témoins, on constate une réduction de la croissance pour
toutes les plantes cultivées dans les récipients contenant du chrome. Elles sont de petite taille,
elles ont des feuilles et des tiges réduites. A partir d’une dose de 150ppm de chrome, à la fin
de l’essai les masses fraiches de la partie aérienne des organismes contaminés sont
inférieures ou égales à celles des témoins.
La masse fraîche des individus contaminés de T1 (150ppm) à T3 (250ppm) est presque
la moitié de celle des organismes témoins. A partir de T4 (300ppm), il y a une perte de deux
tiers de masse des organismes d’essais par rapport aux témoins. La CI50 ou la concentration
que l’on estime réduire le poids des organismes de 50% par rapport au poids atteint par les
organismes témoins est 150ppm. C’est la concentration correspondant à la perte de la moitié
du poids des organismes par rapport à ceux des témoins [8].
Graphe 7 : Longueur des racines à la
récolte
Graphe 6 : Longueur des tiges à la
récolte
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0
15
0
20
0
25
0
30
0
35
0
40
0
45
0
50
0
55
0
60
0
lon
gue
ur
(cm
)
dose de Cr3+ en mg/kg de sol
0
1
2
3
4
5
6
0
15
0
20
0
25
0
30
0
35
0
40
0
45
0
50
0
55
0
60
0
lon
gue
ur
(cm
)
dose de Cr3+en mg/kg de sol
Travaux personnels
46
L’écart de la masse fraîche entre les organismes contaminés et celle des organismes
témoins est considérable. Alors, l’échantillon non contaminé est beaucoup productif. Mais
concernant les masses sèches, la différence est négligeable.
Conclusion partielle
Tous les résultats montrent que la présence des ions Cr3+
dans le sol de culture entraine
des effets indésirables sur le développement de la plante. Les ions Cr3+
sont toxiques pour les
plantes, leur existence limite le développement végétal.
4.2.2. Toxicités du cuivre
Tableau 27 : Longueur (en cm) des tiges par traitement à partir du 7è jour
T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
7èj 3,38 3,44 3,42 3,6 3,81 3,07 2,67 2,61
9èj 5,15 5,28 5,34 5.46 5,62 4,82 4,68 4,43
11èj 5,87 4,75 5,94 5,99 5,99 5,39 5,44 4,93
14èj 3,18 3,48 3,67 6,1 6,21 3,9 3,03 2,59
Tableau 28: Longueur (en cm) des racines par traitements à la récolte
Traitement T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
Longueurs 0,24 0,39 0,69 0,81 0,84 0,58 0,5 0,39
Tableau 29 : Masses des tiges à la récolte
Traitement T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
Masses
fraiches (g) 0,019 0,023 0,023 0,024 0,038 0,029 0,028 0,023
Masses
sèches (g) 0,001 0,001 0,001 0,002 0,004 0,002 0,002 0,001
Travaux personnels
47
Les graphes 8 et 9 montrent l’évolution et la croissance des plantes durant l’essai.
On observe un flétrissement au niveau de T0, T1 et T2, les plantes perdent leurs formes,
cela se produit lorsque les tissus de la plante perdent leur turgescence. Par contre, une
dessiccation se produit au niveau de T5, T6 et T7.
La dose optimale nécessaire pour le développement de la plante est comprise entre 75
et 120mg /kg de sol .Une dose inferieure ou supérieure à cet intervalle de valeurs entraine un
retard de croissance.
La longueur des racines et les masses des parties aériennes à la fin de l’essai sont
présentées par les graphes 9 et 10.
La totalité des graines germent avec T1 (25mg/kg de sol), T2 (50mg/kg de sol) et T3
(75mg/kg de sol) comme dans le témoin.
Il y a problème de germination pour les organismes cultivés sur des sols contenant une
quantité d’ion Cu2+
supérieur à 120 mg/kg de sol. Un retard de germination est observé pour
T4 (120mg/kg de sol), T5 (140mg/kg de sol), T6 (160mg/kg de sol) et T7(180mg/kg de sol).
Alors une quantité d’ion Cu2+
supérieur à 120ppm dans le sol de culture entraine une
diminution du taux de germination.
Graphe 8 : Longueur des tiges à la
récolte
Graphe 9 : Longueur des racines à
la récolte
0
1
2
3
4
5
6
7
0 25 50 75 120 140 160 180
lon
gue
ur
en
cm
dose de Cu2+ en mg/kg de sol
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0 25 50 75 120 140 160 180
lon
gue
ur
en
cm
dose de Cu2+ en mg/kg de sol
Travaux personnels
48
Le cuivre est un oligo-élément indispensable à la vie des plantes, ce qui explique la
cause de mortalité à la fin de l’essai des individus carencés en ion Cu2+
: c’est le cas de TO
(témoin), T1 (25mg/kg de sol), T2 (50mg/kg de sol), T3 (75mg/kg de sol). D’autre part, un
taux de mortalité élevé est aussi observé dans les traitements contenant suffisamment d’ion
Cu2+
: T5 (140mg/kg de sol), T6 (160mg/kg de sol), T7 (180mg/kg de sol).C’est
T4(120mg/kg de sol) qui a le taux de mortalité le plus faible. Le taux de mortalité à la fin d’un
essai s’accentue à partir d’une quantité de 140 mg d’ion Cu2+
par kg de sol.
La toxicité en ion Cu2+
présente donc des cas de mortalité importante pour les
organismes testés plus que la carence.
Travaux personnels
49
Chapitre V : RECOMMANDATIONS
Afin de valoriser les eaux usées en irrigation, nos propositions d’action et de solution
permettent d’améliorer la qualité du sol et des cressons.
Avant tout rejet dans la nature, la mise en place des systèmes de traitements par
lagunage naturel est importante. Cela est plus que nécessaire pour une gestion durable des
ressources en eau.
Une campagne de sensibilisation et de formation permanente et régulière doit être
organisée afin de persuader les agriculteurs des effets néfastes de l’utilisation sans traitement
préalable des eaux usées ainsi que des avantages quant à une réutilisation après traitement
après campagnes de sensibilisation et de formation.
Pour préserver la qualité des produits de l’agriculture urbaine et périurbaine utilisant
les eaux usées, l’établissement de normes de qualités de ces eaux est nécessaire. Ainsi l’Etat
pourrait, par exemple, adopter les normes déjà prescrites par des institutions ou organismes
tels que la FAO ou adopter la normalisation de l’AFNOR.
Conseils aux agriculteurs
- L’utilisation d’une eau de puits ou de rivière est préconisée.
- La plantation d’algues macroscopiques et des plantes aquatique (roseaux,
phragmites, etc.) est préconisée aux cressiculteurs pour filtrer et épurer les eaux
usées utilisées.
Conclusion
50
CONCLUSION
Dans le Fokontany d’ Andravoahangy Tsena, les cressonnières sont irriguées par des eaux
usées domestiques non traitées, riches en nutriments, en oligo-éléments et en Eléments Traces
Métalliques.
Les analyses effectuées pour les eaux et les sols nous ont donné les résultats suivants :
Les teneurs en ions Cu2+
et en ions Cr3+
du sol du site sont faible comparées
aux limites recommandées par la norme européenne.
Les analyses des eaux d’irrigation ont montré que la qualité physico chimique
de l’eau s’améliore au fur et à mesure que l’on s’approche de la sortie des
cressonnières. Une baisse de la quantité d’ions Cr3+
et Cu2+
est observée à la
sortie des cressonnières. Ceci confirme l’absorption d’une certaine quantité
par le sol et par la plante.
La quantité des ions Cr3+
contenue dans les eaux irrigant le site
d’Andravoahangy est inférieure à la valeur limite recommandée par la norme
des eaux de surface et de rejets des effluents à Madagascar. Or cette teneur
dépasse la valeur limite recommandée pour les ETM dans les eaux usées
destinées à l’irrigation.
Les essais biologiques effectués en laboratoire nous ont donné les résultats ci-après :
Le cuivre est un élément nutritif pour la plante, mais une forte quantité de
cuivre lui confère la toxicité.
La présence des ions Cr3+
dans le sol de culture entraine des effets indésirables
sur le développement de la plante.
En résumé, les eaux usées irrigant la cressonnière apportent une forte quantité d’ions
métalliques comme les ions Cr3+
et les ions Cu2+
. Les eaux usées subissent des
transformations au cours de leur passage dans les cressonnières. A la sortie des cressonnières,
l’eau devient plus propre du point de vue biologique et minéral. On peut dire que le sol et le
cresson jouent un rôle épurateur remarquable.
Bibliographie
51
REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE
[1] : ROBERT (M), Masson Paris 1996. « Le sol interface dans l’environnement, ressource
pour le développement »,225p.
[2] : JEAN RODIER 1984. « Analyse Chimique de l’eau ».
[3] : OMS Genève 1979. « Principe et méthodes d’évaluation de la toxicité des produits
chimiques ».
[4] : RASAMOELINA (A), Mémoire de DEA en Chimie de l’environnement. « Devenir de
la qualité Physico- chimique du sol dans une zone industrielle ».
[5] : MINISTERE DE LA COOPERATION ET DU DEVELOPPEMENT, COOPERATION
FRANÇAISE, 1994, 5e édition. « Mémento de l’agronome. Collections techniques rurales en
Afrique », 686p
[6] : BAIZE (D.), 1995. « Les éléments-traces dans les sols agricoles : constituants naturels et
contaminations », Journées techniques : Aspects sanitaires et environnementaux de l'épandage
des boues d'épuration urbaines, 41 p.
[7] : VILAIN (M.), 2è édition, vol 2, Paris 1997. « La production végétale : La maitrise
technique de la production », 217-220p.
[8] : ENVIRONNEMENT CANADA ; Février 2005 ; « Méthode d’essai biologique : Essai de
mesure de la levée et de la croissance de plantes terrestres exposées à des contaminants dans
le sol »,18-36p.
[9] : ENVIRONNEMENT CANADA ; Mars 2005 ; « Document d’orientation sur les
méthodes statistiques applicables aux essais d’écotoxicité »,7-8p.
[10] : RAKOTONDRAIBE (J) « Extrait du cours »en AEA 2007-2008.
[11] : ROBERT (M) ; Tec et Doc Paris 1996,2e édition. « Les sols cultivés »,245-260p.
[12] : MINISTERE DE L’ENVIRONNEMENT, décret N° 2003/464 du 15/04/03, année 119,
journal officiel n°2832. « La classification des eaux de surface et règlementation des rejets
d’effluents liquides ».
[13] : SILLANPAA (M.), Rome 1979. « Les éléments-traces dans les sols et en agriculture »,
Bulletin pédologique de la FAO, 11-14p
Bibliographie
52
Autres sources
[14] http://www.environnement.ccip.fr/icpe-sites/sites-sols/etudes-sols.htm
[15]http://www.environnement.ccip.fr/icpe-sites/sites-sols/sols-oligo-éléments.htm
[16]http://www.eau.rhin_meuse;fr/patrimoine/pollu/po102.htm
Partie expérimentale
53
PARTIE EXPERIMENTALE
ECHANTILLONAGE D’EAU
1-Matériels
Un bécher
Des bouteilles en plastique d’eau minérale.
Entonnoir en plastique à large ouverture
2 – Prélèvements
Pour minimiser les erreurs sur les résultats, rincer les bouteilles trois ou quatre fois avec l’eau
à analyser. Puis remplir jusqu’au bord pour ne laisser aucune bulle d’air rester dans la
bouteille. Il faut veiller à ce qu’aucune plantes (comme azola, lentille d’eau) ou des débris
solides ne pénètrent dans la bouteille.
Afin d’éviter les transformations au cours du transport et des attentes au laboratoire les
échantillons doivent être conservés à l’obscurité à une température de 4°C. Par ailleurs
l’étiquetage de chaque prélèvement avec les paramètres à analyser est nécessaire pour faciliter
le travail de l’analyste et éviter les erreurs.
3 - Analyses
a) Le potentiel hydrogène (pH)
La concentration en ions hydrogène est déterminée à l’aide d’un pH-mètre étalonné.
b) La conductivité électrique (CE) et le taux de salinité (TDS)
La conductivité de l’eau est la capacité de passage du courant à travers une colonne d’eau
comprise entre deux électrodes. La CE et le TDS sont mesurés avec un conductimètre
étalonné où leurs valeurs sont respectivement exprimés en µS/cm et en mg/l.
c) L’oxygène dissous (OD)
La mesure est effectuée en plongeant les électrodes d’un oxymètre dans l’eau à analyser ;
lavaleur de l’oxygène dissous est exprimée soit en mg/l soit en % pour leur taux de
saturation en oxygène.
Partie expérimentale
54
d) La turbidité
La turbidité est mesurée avec un turbidimètre électrique.
Principe
Mesure de l’intensité de lumière diffractée par les particules en suspension dans l’eau.
Mode opératoire
- Etalonner l’appareil au moyen de la solution étalon.
Il faut noter que 1FTU= 1NTU
- Essuyer le tube pour effacer toute trace de doigts
- Effectuer la lecture en choisissant la bonne longueur d’onde.
- jusqu’à une hauteur de 10 ml afin d’éviter la formation de bulles d’air.
Expression des résultats
La valeur de la turbidité de l’eau exprimée en FTU (Formazing Turbidity Unit).
Rincer le tube avec l’eau déionisée avant de la remplir prudemment avec l’eau à analyser.
e) Les cuivres
Réactifs
- Une pastille ‘’ Coppercol No 1’’
- Une pastille ‘’Coppercol No2’’
Mode opératoire
- Rincer le tube test avec de l’eau déionisée
- Remplir le tube test jusqu’au repère de 10ml
- Ajouter une pastille ‘’Coppercol No 1’’, écraser et remuer pour dissoudre
- Effectuer la lecture en sélectionnant Phot 10 pour le Cu libre.
- On continue la procédure du test, ajouter ensuite une pastille « Coppercol N°2 »,
écraser et remuer pour dissoudre.
- Effectuer la lecture en sélectionnant Phot 11 pour le Cu total.
(Lesdeux avec une longueur d’onde 520nm.)
Partie expérimentale
55
CULTURE EN POT
1-Matériels
Balance de précision Fischer Balance XA-200DS
Petit pot en propylène de 200ml
Gaine en sachet plastique
Partie supérieure de bouteille en plastique
Chromate de potassium K2CrO4
Oxyde de cuivre CuO
Burette
Becher
Loupe
Graines de cresson
Règle graduée
2- Mode opératoires
a) Préparation des sols et hydratation
- Tamiser les sols avec un tamis de maille de 2mm
- Peser 50g de sol et verser dans chaque pot
- Peser les substances chimiques utilisés pour l’essai ( K2CrO4 et CuO )
- Mélanger la substance chimique avec le sol du pot
- Hydrater le sol avec un volume 19ml d’eau. Le sol de culture est hydraté à 83% de la
CMR.
Calcule de ce volume d’eau d’hydratation :
Pour plus de précision, la détermination de la masse humide s’effectue de la manière
suivante :
Remplacer le fond d’un bécher en propylène par un filtre Wattman soutenu par une
toile. Peser ensuite et soit P1 la masse correspondante
Partie expérimentale
56
Peser une quantité 50g de sol et verser dans le bécher
Plonger l’ensemble dans l’eau pendant 15mn de façon que le niveau de l’eau
atteigne environ la moitié du sol
Retirer l’ensemble et déposer sur une surface absorbante de nouveau 15mn
Peser l’ensemble (toile, bécher, filtre et sol), soit P2 sa masse
Alors : Masse humide du sol=P2-P1=78,3g-5,5g=72,8g
Donc
=0,456
Et 100% 0,456
83% 0,378
D’où Veau=0,378x50= 18,9ml
b) Semis, arrosage et mesure
- Introduire 5 graines par pot
- Placer sur les pots des couvercles jusqu’à ce que les plantes atteignent le bord
supérieur du pot
- Pulvériser l’eau d’arrosage sur la surface du sol jusqu’à saturation tous les deux jours
- Observer l’aspect des plantes et mesurer la longueur des pousses dans chaque récipient
tous les jours
Auteur : ANDRIANOMENJANAHARY Marcellino
Adresse : Lot 2 AB 10A Soamahamanina Tsiroanomandidy (119)
Téléphone : 0331423927
E-mail : [email protected]
Titre : Phytodisponibilité et phytotoxicité des ions Cu2+
et Cr3+
dans une cressonnière.
(Cas du Fokontany d’Andravoahangy Tsena)
Laboratoire d’accueil : Laboratoire de Chimie de l’Environnement
RESUME
Antananarivo est une ville tropicale d’altitude. Les eaux de pluie entraînent les eaux
usées domestiques des hauts quartiers de la ville et se déversent directement sans traitement
préalable dans les zones agricoles situées dans les bas-fonds. Ils apportent au sol une quantité
d’éléments traces Cr3+
et Cu2+
qui est en partie absorbées par les plantes. Les ions
Cu2+
présents dans les cressonnières constituent des nutriments utiles à la croissance végétale.
Par contre, la présence des ions Cr3+
dans le sol entraine des effets indésirables tels que l’arrêt
de croissance, le jaunissement et le flétrissement des feuilles.
Mots clés : eau, sol, plante, pollution, oligoélément, éléments traces, toxicité.
ABSTRACT
Antananarivo is a tropical city of altitude. The rainwater involves domestic worn
water of the high districts of the city and flows directly without preliminary treatment in the
agricultural zones located in the hollows. They bring on the ground a quantity of elements
traces Cr 3+
and Cu 2+
which is partly absorbed by the plants. The ions Cu 2+
constitute
nutriments useful for the vegetable growth. On the other hand, the presence of the ions Cr 3+
in the ground entrains of the adverse effects such as the stop of growth, the yellowing and the
fading of the sheets.
Key words water, soil, plant, pollution, oligo-éléments, traces elements, toxicity
Encadreur : Madame Josette RAKOTONDRAIBE
Professeur titulaire