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Étude spatio-temporelle de la contamination en métaux traces du Rio Santa, Pérou

Guittard, Alexandre (2016). Étude spatio-temporelle de la contamination en métaux traces du Rio Santa, Pérou. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Un million six cent mille personnes utilisent l’eau du Rio Santa, Pérou, pour leur consommation personnelle, l’irrigation, la production d’électricité ainsi que pour l’exploitation minière. De sa source à son embouchure, le Rio Santa se charge en métaux lourds dont les origines sont à la fois naturelles et anthropiques. Les études effectuées durant les trente dernières années ont mis en évidence des contaminations en métaux dans l’eau et les sédiments. Ces études se sont souvent focalisées sur un élément en particulier ou sur une zone particulière et ne présentent pas une vue d’ensemble de la situation.

Ce document présente une étude spatio-temporelle de la contamination du Rio Santa par les métaux traces. Quarante points ont été échantillonnés sur l’ensemble du bassin versant du Rio Santa en juin/juillet 2013. L’eau, les sédiments en suspension et les sédiments déposés ont été prélevés dans la mesure du possible à chaque point. Pour couvrir l’aspect temporel, un échantillon de la phase liquide uniquement a été prélevé en moyenne toutes les deux semaines pendant un an, à la sortie d’Huaraz, la capitale de la région Ancash.

Les échantillons d’eau, de sédiments déposés et de sédiments en suspension ont ensuite été traités chimiquement. Pour extraire les métaux des sédiments, un protocole d’extraction totale a été utilisé. Pour mieux comprendre les échanges entre phases, un protocole d’extraction séquentielle a été mis au point et appliqué sur les sédiments déposés. Les solutions ont été analysées par spectrométrie optique et de masse ou par absorption atomique. Sept éléments ont ensuite été sélectionnés pour l’étude, l’aluminium, l’arsenic, le cadmium, le fer, le manganèse, le plomb et le zinc.

Les résultats ont montré que l’eau du Rio Santa est contaminée en manganèse dans 50% des échantillons prélevés. Les sédiments sont contaminés pour au moins quatre des sept éléments sélectionnés pour 85% des points échantillonnés. L’absence de dilution à la saison humide suggère que des processus d’échanges ioniques entre la phase liquide et la phase solide se produisent. Les résultats suggèrent également que l’origine de la concentration de métaux dans les sédiments provient des tributaires
et s’opère par un transfert physique plutôt que chimique.

Considérant le développement de la région, l’augmentation de sa population et la rapide déglaciation de la Cordillera Blanca, les problèmes liés l’eau sont inévitables. Protéger certaines sources et informer les populations vivant à proximité des sites contaminés pourraient limiter l’impact environnemental de ces métaux.

Titre traduit

Spatiotemporal variability of heavy metals contamination of surface water : a case study in the Cordillera Blanca, Peru

Résumé traduit

The Santa River in Peru drains the western slopes of the glacierized Cordillera Blanca and provides water resources at almost all levels of the watershed, directly or indirectly benefiting 1.6 million people. As it flows away from the valleys of the Cordillera Blanca, the Rio Santa takes out trace metal from numerous sources.

Previous studies on trace metal in the watershed have mainly been limited to specific areas, metals and /or seasons and to dissolved elements, not providing a comprehensive view of the concentration levels at the watershed scale.

The objective of this research is to characterize the spatiotemporal variability of trace metals in the Rio Santa watershed. To that end, we propose an original combination of methods based on water, suspended sediments and river bed sediments collection at different points of the watershed. From June 21 to July 8, 2013, 40 points across the Rio Santa watershed were sampled. In addition, water samples were collected at a single location on the Rio Santa. Both total and sequential extraction methods were applied to the river bed sediments to better understand transfers between tributaries and the Rio Santa. Samples were then analysed using ICP-MS, ICP-OES and AAS.

Overall, the results show that the Rio Santa water is contaminated with Mn at more than 50% of the sampling points. Sediments collected in the Santa river bed were heavily contaminated by at least four of the tested elements at almost 85% of the sampled spots. We observed an absence of a dilution effect in the Rio Santa during the wet season. This suggests that the trace metal concentration in water might be governed by ion exchange processes between the liquid and solid phases. In addition, our results suggest that Trace metal concentration in the sediments probably originates from transfers of particles from contaminated tributaries to the Rio Santa.

Our results show that the original combination of methods we tested allows for a complete assessment of the trace metals concentrations spatiotemporal variability at the scale of a watershed.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Bibliographie : pages 67-80.
Mots-clés libres: Eau Pollution Pérou Santa (Fleuve) Métaux lourds Aspect de l'environnement. Sédiments (Géologie) Teneur en métaux lourds. Eau Analyse. Sédiments (Géologie) Analyse. Cordillère Blanche, Rio Santa, éléments traces métalliques, contamination, protocoles d’extractions, activité minière, changements climatiques
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Baraër, Michel
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 19 mai 2016 15:03
Dernière modification: 03 oct. 2016 20:34
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1665

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