Voltammetric on line monitoring of trace metals speciation and reduced sulphur species in rivers : from the conception of the monitoring station to environmental applications

Afin d’affiner la compréhension du devenir et de la spéciation dynamiques des Eléments Traces Métalliques (ETM) dans les milieux aquatique, un système voltampérométrique automatisé de mesure en ligne a été développé au cours de cette thèse. Il comprend un potentiostat-galvanostat, un stand avec cellule de mesure, des pompes et des burettes et est piloté par un ensemble de procédures optimisées qui a permis de mesurer toutes les heures les concentrations en métaux électrolabiles et lixiviables à pH acide. Un second ensemble de procédures de suivi des espèces soufrées réduites, pouvant influencer la spéciation des ETM, a également été mis au point. Ces méthodes ont été appliquées sur la Deûle, rivière quotidiennement naviguée, en aval d’un complexe métallurgique, où les sédiments sont fortement contaminés en Zn et en Pb. Les résultats obtenus montrent pour la première fois dans ces systèmes aquatiques que la remise en suspension chronique des sédiments entraîne la désorption des ETM des particules sédimentaires et leur passage dans la colonne d’eau. De plus, l’ensemble des suivis sur l’année 2011 a permis d’observer une évolution de ces mécanismes de sorption. Il semblerait en effet qu’une forte activité bactérienne sédimentaire en été entraîne la création de phases particulaires piégeant moins efficacement les ETM. Ces derniers présentent ainsi un comportement plus dynamique en période estivale et des concentrations plus faibles et moins variables en hiver. Ces avancées ouvrent la voie à de nombreuses recherches concernant le comportement des ETM dans les masses d’eau continentales soumises à des évènements transitoires ou exceptionnels (crues, eutrophisations, curages…).In order to better understand the dynamic fate and speciation of trace metals in the aquatic systems, an Automatic Trace metal Monitoring Station (ATMS) based on voltammetric techniques has been developed during this PhD. This ATMS includes a potentiostat-galvanostat, a stand with a measurement cell, pumps and burettes and is handled with optimized procedures to measure hourly the concentrations of électrolabile and acid-leachable trace metals. Another set of procedures was also developed for the measurement of reduced sulphur species which can greatly influence the metal speciation. These methods have been applied to the Deûle River, daily navigated, downstream of a metallurgical complex, where sediments are heavily contaminated, especially with Zn and Pb. The results demonstrate for the first time in this kind of aquatic system that the chronic resuspension of sediment leads to the desorption of trace metals from sedimentary particles and their dilution in the overlying water. Furthermore, the set of data recorded during the year 2011 reveals an evolution of these sorption mechanisms. A strong bacterial activity in the sediment in summer seems indeed to result in the formation of less-efficient-metal-bounding particulate phases. Thus, trace metals exhibit a more dynamic behaviour in summer and lower and less variable concentrations in winter. These advances open clearly the way for new researches on trace metal behaviour in riverine water where transitory or exceptional events occur (floods, eutrophication, dredging…)