Consequences of the mobility of metals (As,Cd,Cu,Pb,Sb and Zn) emitted by former mining sites on sediment quality
Conséquences de la mobilité des métaux (As,Cd,Cu,Pb,Sb et Zn) émis par d'anciens sites miniers sur la qualité des sédiments
Abstract
This work concerns two of the most important Ag-Pb mining districts of the french Massif central:
Pontgibaud and Auzelles which were exploited until the late 19th century. The objectives were to
identify the sources of several metallic elements (ME) (Ag, As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn), to determine their
origin (geogenic vs anthropogenic), to study their transport, their distribution and their environmental
impact. In this way, the solid speciation of ME was determined (chemical and mineralogical
composition of the surface sediments). The mineralogical carriers are both herited and neo-formed
mainly detected as sulphates and Fe/Mn oxides whatever the district, and as carbonates for Auzelles.
The geochemical background of these districts are in the national mean range and enrichment factors
calculated for sediments near the dumps show extremely high enrichment for some ME such as Pb.
The Igeo and QSm index frequently show extremely high degree of contamination requiring deeper
investigation regarding the main carriers stability. Thus the mobility of the ME and their release
kinetics (chemical extractions, and leaching and compliance static tests) show that Cd, Pb, Sb and Zn
are the most mobile elements. The, bioavailability and toxicological stress that ME may represent have
been tested for two targeted benthic organisms, Daphnia magna et Pseudokircheneriella subcapitata.
In contact with the eluates of the surface sediments for 24 hours, the growth of the algae was inhibited
and immobilisation of the Daphnies increased, indicating a rapid effect of some ME (Cd, Pb and Zn)
which may affect the benthic macrofauna.
Ce travail de thèse s’est intéressé à deux des plus importants districts plombo-argentifères du
Massif central : Pontgibaud et Auzelles exploités jusqu’à la fin du 19ème siècle. Les objectifs ont été
d’identifier les sources de plusieurs éléments métalliques (EM) (Ag, As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn),
d’apporter des éléments de réponse quant à leur origine (géogénique vs anthropique), d'étudier leur
transport, leur distribution et leur impact sur l'environnement. Pour ce faire la détermination de la
spéciation solide des EM (compositions chimique et minéralogique des sédiments de surface) a permis
d’identifier les phases porteuses. Ces phases sont d’origine détritique mais aussi authigènique et les
EM sont principalement liés aux sulfates et oxydes de Fe et/ou Mn quel que soit le district, et aux
carbonates pour celui d’Auzelles. La détermination des bruits de fond géochimique de ces districts
montre que les sédiments en dehors des environnements miniers immédiats ont des compositions
chimiques en EM dans la moyenne nationale. Les facteurs d’enrichissement calculés pour les
sédiments à proximité des haldes montrent des enrichissements extrêmement élevés pour certains EM
comme Pb. Les indices Igeo et QSm montrent aussi un degré de contamination souvent extrême
nécessitant une étude plus poussée de la stabilité des phases porteuses. Pour cela l’étude de la mobilité
des éléments d’intérêt et de leur cinétiques de relargage (extractions chimiques, essais de conformité et
essais de lixiviation en réacteurs fermés) ont montré notamment que Cd, Pb, Sb et Zn étaient les
éléments les plus labiles. De plus la biodisponibilité et le stress toxicologique que les EM relargués
peuvent représenter sur le biota ont été testés pour deux organismes benthiques cibles, Daphnia magna
et Pseudokircheneriella subcapitata. Le contact de ces organismes avec des éluats des sédiments de
surface pendant 24h a montré l’inhibition de croissance des algues et l’immobilisation des daphnies
indiquant une action rapide de certains EM (Cd, Pb et Zn) et pouvant impacter la macrofaune
benthique.
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