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Evaluation des dangers écologiques générés par les effluents liquides urbains sur l'écosystème de la baie de Port-au-Prince : Première approche méthodologique

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par Myrline Mompoint
Université de Quisqueya - Ingénieur Civil 2004
  

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2.2. Analyses physico-chimiques

Un oxymètre WTW Cellox 325 a été utilisé pour la mesure de l'oxygène dissous. La détermination de la DCO a été faite sur des échantillons filtrés avec des membranes de 0,45 ìm, dilués et mesurés par la méthode du dichromate de potassium en utilisant un spectrophotomètre HACH 2010 dont les procédures de test sont élaborés en support.

Les mesures de COT ont été évaluées en utilisant une droite de régression linéaire entre la COT (y, variable dépendante) et la DCO (x, variable indépendante) dans les eaux usées [y = 0,1707x + 85,10] cette dernière est estimée par une bonne corrélation linéaire ( r = 0,95 ; r2 = 0,9 ; Durbin-Watson statistic DW = 1,96 ; P = 0,0039) trouvée par Emmanuel et al. (2004).

La détermination des métaux a été réalisée, selon le protocole ISO 11 885, sur des échantillons filtrés à 0,45 um, traités à l'acide nitrique pur (pH<2) et passés à l'ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atom Emission Spectroscopy).

Pour les mesures de pH, un pH-mètre WTW pH 340ION a été utilisé. Cet instrument fonctionne au moyen de deux électrodes dont une de type métallique qui est l'électrode de référence et une électrode ( spécifique à la mesure du pH) en verre.

Un conductivimètre (multifonction) WTW- LF330, fonctionnant avec une électrode a été utilisé pour la mesure de la conductivité. Il faut noter que les mesures de température, de potentiel d'hydrogène, de conductivité ont été effectuées in situ.

La méthode de Mohr a été utilisée pour le dosage des chlorures. Cette méthode consiste à doser les chlorures avec du nitrate d'argent et du chromate de potassium. En présence de nitrate d'argent, les ions Cl- sont mobilisés pour former du chlorure d'argent. Lorsque tous les ions chlorures ont été précipités sous forme d'AgCl, le nitrate d'argent réagit avec le chromate de potassuim et un précipité rouge brique apparaît. Connaissant, la concentration de la solution d'AgNO3 (Co = 10-2) dans 100ml de solution (E = 100ml), le volume nécessaire pour arriver à l'équivalence, la concentration des ions Cl- dans la solution est donnée par la formule : [Cl-] = Co* Ve / E

C. RESULTATS ET DISCUSSIONS

Les tableaux 4, 5 et 6 résument les résultats obtenus sur les échantillons étudiés.

Tableau 4 : Résultats des analyses physico-chimiques

Point de prélèvements

To

pH

 

Conductivité

(uS/cm)

Chlorures

(mg/L)

OD

(mg/L)

P1

29.2

28 - 30.4

7.88

7.87 - 7.90

1291.33

890 - 1864

383

149 - 407

3.49

3.21 - 3.90

P2

31.4

30 - 32.8

7.74

7.72 - 7.77

1588.66

1300 - 1736

334.33

258 - 373

3.52

2.93 - 3.83

P3

29.9

28.2 - 31.2

7.62

7.57 - 7.68

1542.66

1170 - 1998

322

223 - 443

3.8

3.42 - 4.54

P4

31.03

28.9 - 32.6

7.65

7.58 - 7.72

1441

1223 - 1590

294.66

237 - 334

3.11

2.62 - 3.46

P5

31.4

29.7 - 33

7.67

7.63 - 7.71

1866,66

1580 - 2260

408

332 - 512

2.77

1.75 - 3.37

P6

31.43

30.4 - 32.9

7.66

7.60 - 7.72

1850

1540 - 2290

403.33

321 - 520

2.64

1.36 - 3.41

P7

30.96

28.5 - 33.5

7.55

7.35 - 7.72

1870.33

1640 - 2231

409

348 - 505

2.51

1.35 - 3.03

P8

30.13

29 - 32.4

7.41

7.34 - 7.54

1810.33

1560 - 2231

393.33

327 - 505

2.85

2.02 - 3.37

La température des échantillons durant les prélèvements oscillait autour de 28o à 33o5. Les valeurs du pH présentent une variation inférieure à l'unité et indique que les effluents ont un caractère légèrement alcalin (7,34 - 7,90). La variation de la conductivité (890 - 2290 uS/cm) indique une importante minéralisation et confirme la présence d'anions et de cations, les principaux constituants des eaux usées urbaines. Dès que la salinité d'un échantillon, exprimée par la conductivité et les chlorures, est inférieure à la salinité de la mer, celle-ci est peut être expliquée par la présence des sels métalliques, lesquels sont toxiques pour les organismes aquatiques. Certains ions réducteurs inorganiques, les chlorures en particulier, peuvent être oxydés au cours de la détermination de la DCO et peuvent occasionner de grandes erreurs dans les résultats (Emmanuel, 2001). Les concentrations en chlorures obtenues sont largement inférieures à 2000 mg/l, par conséquent les résultats de DCO n'ont pas été interférés par les chlorures (Tardat-Henry, 1984).

Mesure des métaux lourds

Des concentrations en arsenic sont inférieures à la limite de détection de l'équipement (tableau 5). La même observation est faite pour les concentrations en cadmium sur les échantillons 1 et 2. De même pour les concentrations en plomb et Chrome sur l'échantillon 3. Les résultats pour les autres métaux analysés (Cr, Ni, Pb, Zn) sont inférieures aux valeurs seuils retenues. Les mesures des métaux ont été effectuées sur des échantillons filtrés, or le canal contient un important volume de sédiments, il se peut que les métaux soient sous forme de particules. En effet, un phénomène d'adsorption de métaux dissous sur les particules transportées par temps de pluie semble très probable ; et, plus les eaux urbaines transitent vers l'aval du bassin versant, plus les métaux sont sous forme particulaire (Garnaud, 1999) Dans ce cas, pour mieux comprendre leurs effets, il est nécessaire de procéder à la détermination des métaux dissous et particulaires.

Par ailleurs, en comparant les valeurs obtenues à celles fournies par Grommaire-Mertz (1998) (tableau 2), on note que la concentration en cadmium mesurée dépasse l'intervalle indiqué  et les concentrations en plomb et en zinc sont largement inférieures aux valeurs maximales données.

Tableau 5 : Résultats des analyses de métaux lourds

 

Unité

As

Cd

Cr

Ni

Pb

Zn

Limite de détection

ug/L

0,928

4,6

1,77

1,71

3,26

0,327

Echantillon 1

mg/L

<DL

<DL

0,024

0,007

0,015

0,085

Echantillon 2

mg/L

<DL

<DL

0,028

0,006

0,012

0,229

Echantillon 3

mg/L

<DL

0,011

<DL

0,005

<DL

0,056

Résultats obtenus pour la DCO, le COT et estimation du rapport DCO/COT

Les concentrations en DCO (figures 5) sont dans certains cas supérieures aux valeurs fournies par Metcalf et Eddy (1991) pour les eaux usées domestiques (250 à 1000 mg/L de DCO). Les concentrations moyennes de DCO obtenues sont comprises entre 800 et 1300 mg/L (Tableaux 6). Cette forte concentration est due au fait que les rejets étudiés proviennent essentiellement des utilisations domestiques et commerciales, or de tels effluents sont chargés en matière organique (Dyer et al., 2003). De plus, Il y a lieu de considérer l'apport de matières des eaux de percolation des déchets se trouvant dans le canal dans l'interprétation de la DCO. En effet, sur tout le parcours du canal, des déchets solides sont déversés par les riverains, or les déchets solides ménagers de Port-au-Prince sont essentiellement organiques (CWBI Ulg-FUSAGx, 2000).

Figure 5 : Demande Chimique en Oxygène (DCO) pour les trois jours de prélèvement

Le dosage du Carbone Organique Total concerne tous les composés organiques volatils ou non, naturels ou de synthèse, présents dans les eaux résiduaires (cellulose, sucres, huiles, etc.). L'origine de ces composés organiques est liée aux activités humaines, industrielles et agricoles, ainsi qu'à des réactions naturelles (formation de substances humiques) (Tardat-Henry, 1984).

Dans les eaux usées urbaines classiques, les concentrations en COT sont généralement comprises entre 80 et 290 mg/L (Metcalf et Eddy, 1991). Dans les échantillons d'ELPAP (figure 6), les concentrations en COT obtenues sont dans l'intervalle (236-301 mg/L).

Figure 6 : Carbone Organique Total (COT) pour les trois jours de prélèvement

Les résultats obtenus pour le rapport DCO/COT sont compris entre 3.6 et 4.2, ce qui est largement supérieur au rapport (soit 3) fréquemment retrouvé pour les eaux usées urbaines (Seiss et al., 2001). En effet, le rapport DCO/COT, permet dans certains cas de suspecter la présence de certaines familles de composés organiques (Acides Gras Volatils (AGV), composés organiques azotés, thiols ...).

Tableau 6 : Résultats de la DCO, du COT et du rapport DCO/COT

Points de prélèvement

DCO

(mg/L)

COT

(mg/L)

DCO/COT

P1

1155

865 - 1500

283

233 - 341

4.05

3.72 - 4.40

P2

1128.33

950 - 1460

277.66

247 - 334

4..03

3.84 - 4.37

P3

1073.33

750 - 1240

268.33

213 - 297

3.95

3.52 - 4.18

P4

1268.33

1140 - 1415

301.66

280 - 327

4.20

4.08 - 4.33

P5

945

525 - 1200

246.66

175 - 290

3.72

3.00 - 4.04

P6

933.33

500 - 1220

244

170 - 293

3.70

2.93 - 4.16

P7

883.33

550 - 1090

236

179 - 271

3.67

3.07 - 4.02

P8

946.66

550 - 1200

246.66

179 - 290

3.74

3.07 - 4.14

Oxygène dissous

Les valeurs obtenues pour l'oxygène dissous sont comprises entre 1,35 et 4,05 mgO2/L, lesquelles sont inférieures à 5 mgO2/L. Ces résultats indiquent la présence de substances dangereuses dans l'ELPAP qu peuvent provoquer un déséquilibre biologique sur les poissons et la communauté d'invertébrés (USEPA, 1986 ; Metcalf & Eddy, 1991 ; Kosmala, 1998). Les concentrations en oxygène dissous augmentent graduellement de P1 à P3 et diminuent de P4 à P7; l'oxygène dissous a subi une légère augmentation en aval du canal au P8 (figure 7).

Il est intéressant aussi de noter qu'un effluent de sortie de STEP présente généralement une teneur en O2 inférieure à 4mg O2/l et il a été établi qu'un tel effluent provoque des perturbations au niveau de la communauté d'invertébrés benthiques (Kosmala, 1998).

Figure 7 : Oxygène Dissous (OD) pour les trois jours de prélèvement

Les teneurs en OD traduisent un milieu appauvri en O2 et peuvent être dues à une importante concentration en nutriments dans les eaux usées du canal (Dyer et al., 2003). En effet, Eriksson et al. (2001) présentent des mesures de concentrations en oxygène dissous réalisées sur les eaux grises générées par les ménages, elles sont dans l'intervalle suivant : 0,4 - 5,8 mgO2/l. Les faibles concentrations en OD dans les échantillons pourraient être dues aux réactions de dégradation biologique des matières organiques contenues dans le canal. Ces réactions ne consomment pas seulement de l'oxygène mais aussi produisent de l'ammoniac provenant de la décomposition des composés azotés organiques. L'ammoniac n'a pas été mesuré dans cette étude, cependant il est reconnu comme toxique à des concentrations autour de 0,5 mg/L vis-à-vis des espèces aquatiques, spécialement les formes les plus avancées tels les poissons(Zimmo et al., 2004).

La démarche élaborée montre aussi qu'une évaluation sommaire et rapide des eaux usées urbaines sur l'écosystème naturel peut être réalisée à faible coût et rapidement. En conclusion, les différents résultats obtenus à partir de l'application de l'approche montrent que les ELPAP peuvent causer d'importantes nuisances sur les organismes aquatiques de l'écosystème de la baie. Toutefois, elle nécessite d'être approfondie par la mise en oeuvre d'essais d'écotoxicité sur les 3 premiers niveaux d'organisation trophique.


D. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Cette étude, sur les eaux usées urbaines de Port-au-Prince, s'inscrit dans le cadre des travaux de recherche sur « la caractérisation physico-chimique, biologique et écotoxicologique des effluents liquides rejetés dans la baie de Port-au-Prince » que réalisent conjointement le LAEPSI (INSA de Lyon), le LAQUE (UniQ), le L.S.E. (ENTPE) et le laboratoire d'écotoxicologie de l'Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon. Son objectif était d'élaborer une démarche permettant l'évaluation sommaire des dangers environnementaux générés par les eaux usées urbaines sur l'écosystème de la baie de Port-au-Prince, et de l'appliquer sur les eaux usées provenant d'un canal du réseau de drainage de la même ville.

A partir d'une étude bibliographique réalisée sur les eaux usées urbaines, nous avons élaboré un cadre expérimental qui consiste en :

· la mise en place d'une procédure d'évaluation des dangers en fonction de certains paramètres physico-chimiques comparés aux valeurs seuils fixées par les normes européennes ;

· la détermination de ces paramètres

A l'issue de ces deux premières parties, nous avons abordé la phase d'interprétation des résultats où nous avons constaté que :

· les eaux usées urbaines de Port-au-Prince ont une charge organique très élevée ; on note une valeur de DCO 12 fois supérieure aux seuils fixés par les normes européennes, ce qui peut être préjudiciable à l'écosystème de la baie ;

· le rapport DCO/COT varie entre 2,93 et 4,40, avec une valeur moyenne de 3.66 ce qui traduit une faible biodégradabilité des substances contenues dans ces effluents ; donc une probable disponibilité de substances non dégradées et toxiques pour les microorganismes ;

· les valeurs obtenues pour l'oxygène dissous sont très faibles, ce qui traduit l'existence d'un danger toxique potentiellement persistant par manque d'oxygène pour dégrader les substances ;

· les métaux lourds sont faiblement présents sous la forme dissoute, à l'exception du cadmium (0,011 mg/L) et du zinc (0,056mg/L - 0,229mg/L) qui ne dépassent pas les valeurs seuil mais se trouvant à des concentrations relativement élevées, ce qui peut générer un effet toxique chronique dû à la bioaccumulation.

Au delà des informations quantifiées que fournit ce travail sur le danger potentiel que représentent les eaux usées du réseau de drainage de Port-au-Prince, il constitue la première contribution à la caractérisation physicochimique des eaux usées. Cette démarche novatrice devra désormais être poursuivie par d'autres mesures.

En effet, la diversité des rejets dans le réseau de drainage nécessitent à l'avenir d'étendre également les recherches en procédant à :

§ la détermination d'autres paramètres physico-chimiques tels les nitrates et les phosphates qui sont principalement responsables de l'eutrophisation du milieu récepteur ;

§ la mesure de métaux particulaires car les métaux lourds liés aux particules sont très dangereux pour les organismes aquatiques fouisseurs ;

§ des bioessais qui révèlent les effets directs des rejets sur les organismes aquatiques ;

§ des analyses tant sur les échantillons de temps sec (eaux pluviales non comprises) que sur ceux de temps de pluie (eaux pluviales comprises).

Ces résultats permettront de mieux comprendre les dangers environnementaux générés par les eaux usées urbaines de Port-au-Prince sur l'écosystème de la baie..

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