Sur les traces de l'ancienne activité sidérurgique en Lorraine : chimie et minéralogie des sédiments de l'Orne

The Orne River is a tributary of the Moselle River, located northeastern France. During the last two centuries, the Orne watershed was highly industrialized. The introduction of wastes or by-products into the river is highly anticipated. Based on industrial needs, some small dams were built. However, the Directive 2000/60/EC of the European parliament strongly incite the removal of engineered structures (such as dams). This raises the question about the fate of contaminated sediment remobilization. The aims of this work are to identify the different sediment deposits along the Orne River. Surface sediments and sediment cores were collected along the Orne River. The sediments were then analyzed for water content, grain size distribution, pH, major and trace chemical composition using ICP-OES and ICP-MS, respectively, major crystalline minerals (XRD), micrometric (light microscope and SEM) and sub-micrometric (TEM) mineralogy, and Zn speciation at a molecular level (XANES). The chemical and mineralogical composition of the surface sediments revealed lithogenic as well as anthropogenic contributions. Interestingly, the sediment layers of the core collected upstream of the Beth dam showed fingerprints of the former steelmaking facilities. Those deposits were highly enriched in Fe, Zn and Pb, and were fingerprinted by crystalline iron minerals, and by newly formed Fe-aluminosilicates. TEM-EDXS and XANES at the Zn K-edge observations evidenced that Zn was mainly carried as sulfides, and to a lesser extent associated to Fe oxy-hydroxides and Fe-aluminosilicates. The remobilization of the contaminated sediments can then be traced by the unique mineralogical compositionEn Lorraine, l’Orne, un affluent de la Moselle, a été affecté par une activité minière et industrielle qui s’est intensifiée depuis le milieu du XIXe siècle et au cours du XXe siècle. Les barrages, créés pour les besoins en eau de l’industrie, ont favorisé l’accumulation de dépôts sédimentaires contaminés en métaux. En effaçant les barrages qui ont perdu leur fonctionnalité première, le cours d’eau devrait retrouver un fonctionnement hydrologique plus naturel, requis par la directive cadre européenne sur l’eau (DCE 2000/60/CE). Les travaux de recherche présentés ont mis en évidence les différents dépôts sédimentaires dans la partie d’aval de l’Orne. Des sédiments ont été prélevés en surface et carottés afin d’être précisément caractérisés d’un point de vue minéralogique et géochimique. Ces analyses ont permis de mettre en évidence le caractère fortement contaminé des dépôts sédimentaires en présents en amont des barrages. De plus, il a été possible, de distinguer les contributions industrielles et naturelles. Ces contributions industrielles mettant en évidence une forte contribution de boues sidérurgiques. L’étude de la minéralogie du fer et de la spéciation du zinc a mis en évidence des marqueurs minéralogiques qui devraient permettre de tracer les sédiments contaminés au sein de la colonne d’eau lors de leur remise en suspension. L’étude de la spéciation chimique du Zn a montré que cet élément était essentiellement stocké sous forme de sulfures. La prédominance de la taille nanométrique à sub-micrométrique de ces sulfures renforce leur probabilité de remobilisation lors d’opérations de réaménagement du cours d’eau ou lors d’évènements hydrologiques intenses (crues