Le transfert du mercure (Hg) utilisé comme descripteur du fonctionnement hydrologique (échanges cours d'eau - nappe) dans la plaine alluviale du Rhin supérieur : impact des aménagements

Mercury (Hg) transfer as a descriptor of the hydrological functioning (water course - watertable exchange) of the upper Rhine flood plain : impact of river canalizations

¹ Laboratoire d'Hydrologie
² Laboratoire de Botanique et d'Ecologie végétale, CEREG, CNRS URA 95 U.E.R. de Sciences Pharmaceutiques, Université Louis Pasteur Strasbourg, 74, route du Rhin, 67401 Illkirch cedex, France

Résumé

Des dosages de mercure (Hg) ont été effectués dans des espèces de mousses aquatiques (bryophytes), Fontinalis antipyretica Hedw., Cinclidotus danubicus Schiffn. & Baumg., Cinclidotus nigricans (Brid.) Wijk & Marg. et Amblystegium riparium Hedw., prélevées dans le réseau hydrographique de la plaine rhénane d'Alsace (Rhin canalisé, son principal affluent l'Ill qui possède un champ d'inondation fonctionnel et dans le réseau des rivières phréatiques, Fig. 1). Le choix des points de prélèvement a été basé sur les résultats obtenus lors des études antérieures utilisant les méthodes des traceurs hydrologiques (Cl^-), et des analyses physico-chimiques de l'eau (NO₃^-, PO₄ ^3-, NH₄⁺) et la méthode de bioindication de la qualité de l'eau basée sur les groupements végétaux. Des variations caractéristiques des teneurs mercurielles des mousses aquatiques ont été observées (Fig. 2). Des teneurs (moyennes annuelles) plus élevées (allant jusqu'à 0,29 µg Hg.g^-1, ms) relevées dans les cours d'eau phréatiques concernent surtout ceux situés à proximité du Rhin et visualisent des secteurs d'infiltration d'eau contaminée du fleuve canalisé vers sa nappe riveraine. Des zones de la nappe à faibles teneurs en mercure des mousses (0,05 µg Hg.g^-1, ms) représentent des secteurs de la nappe exempts de contamination mercurielle. Les zones les plus vulnérables de la nappe phréatique rhénane sont les secteurs amont des usines hydroélectriques et les coudres du fleuve (Fig. 5), d'une part pour la pollution mercurielle « historique » du Rhin canalisé, et d'autre part pour des contaminations chroniques, surtout par des polluants persistants. Au contraire du Rhin canalisé, la rivière Ill également fortement contaminée par le Hg, dans la partie aval de son cours, ne fuit pas dans son lit mineur. Lors des inondations, cette rivière assure l'épuration des eaux de crue grâce au système de rétention « sol-végétation » et recharge ainsi la nappe phréatique en eau d'excellente qualité : la végétation absorbe des nutriments et les colloïdes du sol (argiles, limons) adsorbent des cations et donc du mercure. Les résultats de cette étude confirment l'impact de la canalisation du Rhin sur les échanges rivière - aquifère et l'importance de la préservation d'un champ d'inondation fonctionnel pour la qualité de l'eau des nappes alluviales.

Abstract

Mercury (Hg) levels in 4 aquatic moss-species (Bryophytes) from the hydrographical system of the Alsatian floodplain (canalized Rhine, its main tributary, the Ill river with a functional floodplain, groundwater-fed stream network) were analyzed (Fig. 1.). The moss-species Fontinalis antipyretica Hedw., Cinclidotus danubicus Schiffn. & Baumg., Cinclidotus nigricans (Brid.) Wijk & Marg. and Amblystegium riparium Hedw. were found at various sites according to the characteristics of the river. The choice of the sampling sites was based on results obtained in former studies (Carbiener & Herrscher 1989, Carbiener & Trémolières 1990, Trémolières et al. 1991, Eglin & Robach 1992) using different methods of water quality investigation and river-aquifer interaction (hydrological tracer : Cl^- ; physico-chemical parameters : ( NO₃^-, PO₄ ^3-, NH₄⁺) ; phytosociological bioindication scale using river macrophyte communities). Characteristic differences in Hg contents in the aquatic bryophytes from the groundwater-fed streams were found (Fig. 2). Higher annual average Hg contents in the bryophytes (up to 0,29 µg Hg.g^-1, dw) from the groundwater-fed streams reflected river seepage sectors which are all located close to the canalized Rhine. Low level zones (< 0,05 µg Hg.g^-1, dw) indicated non-contaminated and drained sectors of the alluvial groundwater table. The most vulnerable sectors of the groundwater table close to the Rhine, not only with regard to the « historical » Hg pollution, but also for chronic contaminations (especially with persistent pollutants), are the sectors upstream from the hydroelectric power plants and the river bend (Fig. 5). The hydrostatic pressure of the watercolumn leads to the infiltration of contaminated river water through the gravel bed of the Rhine into its riparian aquifer. By contrast with the canalized Rhine, the Ill river, also highly contaminated by mercury, does not show river seepage. When it is in flood, this river imports high quality water to the aquifer. Its functional floodplain, the « soil-vegetation-system », purifies the floodwater : the vegetation absorbs nutrients and the soil colloids (clay, limon) absorb cations, and thus mercury. The results of this study confirm the impact of river canalization on river-aquifer exchange activities and thus the importance of « functional-floodplain-preservation » for alluvial groundwater-quality.