PHYTODISPONIBILITE ET PHYTOTOXICITE DES IONS Cu ET Cr...

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


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.


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, …


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


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.


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


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 :


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


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.


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


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


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.


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.


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.


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


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.


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


B 248,3

Cu2+ ppm



atomique


B 324,8

Zn2+ ppm



atomique


B -

Pb2+ ppm



atomique


B 283,3

Cr3+ ppm



atomique


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


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


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


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


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


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

http://www.environnement.ccip.fr/icpe-sites/sites-sols/etudes-sols.htm

http://www.environnement.ccip.fr/icpe-sites/sites-sols/sols-oligo-éléments.htm

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.


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.)


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


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

PHYTODISPONIBILITE ET PHYTOTOXICITE DES IONS Cu ET Cr...

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