recherche et définition des signatures géochimiques

UNIVERSITE DE LA MEDITERRANEE AIX - MARSEILLE II

Rapport de stage

Présenté par OLIVIER MAGA~l) en vue de l'obtention du

DIPLOME D'ETllDES APPROFONDIES« SCIENCES DE L'ENVIRONNEMENT MARIN - OPTION BIOGEOCHIMIE »

Juin 1999

Recherche et définition des signatures géochimiques(métaux lourds et lanthanides) des sources terrigènes

du lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie

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Responsable de stage: lM. FERNANDEZ (IRD)

Insti tut de recherchepour le déve loppement

CENTRE IRD DE NOUMEA - LABORATOIRE D'OCEANOGRAPHIE BIOLOGIQUE

UNIVERSITE DE LA MEDITERRANEE AIX - MARsEILLE II

Rapport de stage

Présenté par OLIVIER MAGAND en vue de l'obtention du

DIPLOME D'ETUDES APPROFONDIES« SCIENCES DE L'ENVIRONNEMENT MARIN - OPTION BIOGEOCHIMIE »

Juin 1999

Recherche et définition des signatures géochimiques(métaux lourds et lanthanides) des sources terrigènes

du lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie

Renaud FICHEZ, directeur du programme de recherche ECOTROPEJean-Michel FERNANDEZ, Chargé de recherche !RD (géochimie)

Institut de recherchepour le développement

CENTRE IRD DE NOUMEA - LABORATOIRE D'OCEANOGRAPHIE BIOLOGIQUE

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« Tu sais, dit-elle un jour à Charles en rêvant à voix haute, il y a des milliers de gensautour de nous qui ne s'intéressent pas le moins du monde à ce que nous faisons.

Quoi? dit-il, levant les yeux de son livre et marquant l'endroit ou il était arrivéavec son index. ( ... )Bien sûr, eux ne savent pas ce que nous faisons, mais même si nous voulions leleur expliquer, ils ne comprendraient pas, et même si ils comprenaient ce que nousfaisons, ils ne comprendraient pas pourquoi nous le faisons, ni pourquoi on nouspaie pour le faire.Tant pis pour eux, dit Charles.Mais ça ne t'inquiète pas? Demanda Robyn, que tout ce qui nous passionne - lefait de se demander par exemple si la critique métaphysique de Denida ne laissepas revenir l'idéalisme par ou il était sorti, ou si la théorie psychanalytique deLacan n'est pas phallocentrique, ou encore si la théorie de l' épistémé chezFoucault peut se concilier avec le matérialisme dialectique - Toutes ces chosesdont nous discutons et sur lesquelles nous lisons et écrivons à longueur de temps ça ne t'inquiète pas de voir que 99% de la population s'en fout comme d'unequeue de babouin? »

David Lodge, Jeu de société, 1988

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REMERCIEMENTS

« La destination du chercheur dépend de la route qu'il suit »

Ibn A\' -Arabi

Je tiens d'abord à remercier mon directeur de stage, Jean-Michel FERNANDEZ, chargé derecherche à l'IRD de Nouméa, qui a su, au long de ces 5 mois, m'initier au travail de chercheur, et mefaire partager son savoir et son enthousiasme. Qu'il reçoive ici le témoignage de ma reconnaissancepour la qualité de son encadrement, sa sympathie et sa bonne humeur quotidiennes (excepté les joursd'analyse ...Merci les gnômes ! ! 1), et aussi sa Grande patience, parfois soumise à rude épreuve(<< Apocalypse labo» ou « Twister bureau») ...

J'exprime ma reconnaissance à Renaud FICHEZ, directeur du programme de rechercheECOTROPE pour m'avoir accepté pour la seconde fois (quel courage! !) au sein de son équipependant 5 mois, ainsi que pour ses nombreux conseils avisés.

Je remercie également Pascal DOUILLET, pour sa disponibilité «physique », PierreLABOUTE, Georges BARGIBANT, Pascal Hamel pour leur aide précieuse et leut collaborationlors des mission en mer, et Sandrine CHIFFLET, reine de la cartographie, s'il en est.

Un grand merci à MétéoFrance pour leur disponibilité et participation à la réalisation de cetteétude.

Je remercie aussi le Professeur Bernard COSTE, pour la confiance qu'il m'a accordé enm'acceptant au sein de la formation doctorale dont il est responsable.

« Chaque jour, il faut danser, fût-ce seulement par la pensée »

Rabbi Nachman De Breslau

Un grand bravo à Benjamin MORETON, l'homme torche, pour son aide précieuse et lesheures (supplémentaires ... ) qu'il a bien voulu m'accorder, au détriment de sa vie de couple ...goodLuck and thank you ! ! ! (Désolé Nathalie... )

Je voudrais également remercier l'ensemble des VAT et stagiaires qui ont participé de près, oude loin, à l'élaboration de ce mémoire ...

Et enfin, une mention spéciale à Sabine BROCERO, sirène suisse perdue sur le « Caillou »,pour son aide précieuse, son amitié et son caractère (<< Et oui, la galanterie se perd, mon cher! ! »)Gwenaël CADIOU, ami et compagnon du bout du monde alias le Grand blanc, pour son expérienceaquatique, son aide et sa joie de vivre, et Cinthia LABAILS, collègue intechmérienne, pour sestalents culinaires, sa bonne humeur au petit matin, et son aide également précieuse ... (Blagues à part,petits plats garnis et autres plaisirs et joie quotidiennes ... ). Merci à vous trois pour tous les momentspassés, présents et futurs ...A vous aussi, bonne chance! ! ! And see you later, comme diraitBenjamin ...

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Sommaire

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• SOMMAIRE-

CHAPITRE 1 : INTRODUCTION

CHAPITRE II : ZONE D'ETUDE ET PROBLEMATIQUE

1. GÉNÉRALITÉS SUR LE TERRITOIRE DE LA NOUVELLE-CALÉDONIE .4

1.1. CADRE GÉOGRAPHIQUE 4

1.2. CADRE CLIMATIQUE 4

1.3. CADRE GÉOLOGIQUE 5

II. PRÉSENTATION DU SECTEUR D'ÉTUDE 5

II.l. LE LAGON SUD-OUEST DE NOUMÉA 5

11././. Formation du lagon sud-ouest 511./.2. Géomorphologie actuelle du lagon sud-ouest 5

11.2. RELATION LAGON SUD-OUEST - GRANDE TERRE 7

11.2./. Réseau hydrographique et bassins versants 711.2.2. Quelques précisions sur le bassin versant 7

III. MATIÈRES EN SUSPENSION, SÉDIMENTS ET TRACEURS GÉOCHIMIQUES 8

III. 1. ETAT DES CONNAISSANCES SUR LES MES 8

III. 2. MATÉR IEL SÉDIMENTAIRE ET NOTION D'ARCH IVES 9

IIL3. LANTHANIDES ET MÉTAUX DE TRANSITION 9

CHAPITRE III : OPÉRATIONS EN MER, MATÉRIEL ET MÉTHODES

1. MESURES ENVIRONNEMENTALES ET PRÉLÈVEMENTS 10

Ll. MESURES ENVIRONNEMENTALES: MÉTÉOROLOGIE ET COURANTOLOGIE 101././. Météorologie /01./.2. Hydrodynamisme et modélisation /0

1.2 PRÉLÈVEMENTS 11

1.2./. Pièges à particules séquentiels //1.2.2 Echantillons de sédiment 12

1.3 TRAITEMENTS PRÉLIMINAIRES DES ÉCHANTILLONS 13

1.3./ Echantillons de pièges à particules séquentiels 131.3.2 Echantillons de sédiments /3

II. PROCÉDURE D'EXTRACTIONS SÉQUENTIELLES 14

II.! PRINCIPES ET INTÉRÊTS DE LA PROCÉDURE 14

II.2. SCHÉMA D'EXTRACTIONS CHIMIQUES POUR LES LANTHANIDES ET LES MÉTAUX 14

II.3. REPRODUCTIBILITÉ ET PRÉCISION DE LA MÉTHODE 17

IIA. RÉACTIFS, PRODUITS ET SOLUTIONS 17

II .5. LAVAGE DU MATÉRIEL 17

III. DOSAGE DES ÉLÉMENTS TRACES PAR ICP-OES 18

III. 1. PRINCIPES ET INTÉRÊTS DE LA MESURE 18

III.2. PRINCIPES ET DESCRIPTION DE L' APPAREIL. 18

II1.3. AVANTAGES ET LIMITES DE L'ICP-OES 19

IIIA. CALCUL DES CONCENTRATIONS 19

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CHAPITRE IV: RESULTATS ET DISCUSSION

1. ETUDE ET ANALYSE GÉOCHIMIQUE DES MÉTAUX LOURDS 20

1.1. INTRODUCTION 20

1.2. ORIGINE DES MÉTAUX 20

1.3. EMPLOI DES RAPPORTS GÉOCHIMIQUES COMME OUTILS DE TRAÇAGE 21

II. VALIDITÉ DE LA MÉTHODE ANALYTIQUE 22

II.1. RÉPLICABILITÉ ET RÉPÉTABILITÉ DE LA MÉTHODE 22

11.2. PRÉCISION RELATIVE (EXACTITUDE DE LA MESURE) 24

II.3. MASSES ET CONCENTRATIONS RELATIVES 25

III. SUPPORT SÉDIMENTAIRE 25

III.I. EVOLUTION SPATIALE DES RAPPORTS DANS LES SÉDIMENTS DE SURFACE 25

111.1.1. Rapport Ni/Cu 25111.1.2. Rapport Co/Sr 27111.1.3. Autres rapports 27

111.2. DISCUSSION 28

IV. MATÉRIEL PARTICULAIRE COLLECTÉ PAR LES PIÈGES À SÉDIMENTS 31

IV.I. FLUX DE MASSE 31

IV.I.I. Piège PPS4/3 de la baie de Dumbéa 31IVI.2. Piège du canyon de la Dumbéa 33IVI.3. Piège du canyon de Uitoé 33IV lA. Comparaison avec les résultats 1998 33

IV.2. COMPOSANTE PLANCTONIQUE ET OBSERVATIONS 34

IV.3. MÉTÉOROLOGIE ET COURANTOLOGIE DU LAGON SUD-OUEST 34

IV3.1. Enregistrements météorologiques 34IV.3.2. Mesures courantologiques 36

IVA. ANALYSE GÉOCHIMIQUE ET EVOLUTION SPATIOTEMPORELLE DES RAPPORTS 37

IVA.I. Piège PPS4/3 de la baie de Dumbéa 37IVA.2. Piège PPS4/3 du canyon de Dumbéa 37IVA.3. Piège PPS4/3 du canyon de Uitoé 39

IV.5. DISCUSSION 39

CHAPITRE V: CONCLUSION

BIBLIOGRAPHIE

LISTES DES FIGURES ET TABLEAUX

ANNEXES

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Chapitre 1 :

Introduction générale

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Introduction

Au cours de ces deux dernières décades, l'étude des flux et cycles biogéochimiques dans lemilieu marin constitue un volet important de la recherche océanographique. Ces travaux se proposent,à différentes échelles spatiales et temporelles, de décrire et comprendre les interactions entre lescompartiments océaniques et les processus et mécanismes actifs qui les régissent (CHESTER, 1990) .Undes objectifs ultimes est la création de modèles prédictifs permettant une estimation de l'impact et desmodi fications engendrées par ces apports d'origine naturelle et/ou anthropique dans l'environnement.

La plupart des activités économiques en domaine maritime concernent effectivement les zonescôtières. Cinquante pour cent de la population mondiale se concentre à moins de cent kilomètres deces franges littorales qui ne représentent pourtant que huit pour cent de la surface des océans. Enconséquence directe, l'apport des continents, et en particulier, les apports d'effluents, de déchets etpolluants aboutissent principalement dans les écosystèmes côtiers. Ces apports dépassent en denombreux endroits la capacité de digestion de la machine océan (MINSTER, 1997). Les écosystèmeslittoraux coralliens des états insulaires du pacifique loin de faire exception à cette constatationenvironnementale, subissent d'importantes int1uences terrigènes et anthropiques. Ils connaissentactuellement un essor démographique conséquent, qui se traduit par l'extension des centres urbains, ledéveloppement d'agriculture intensive, la surexploitation des ressources halieutiques ou encore lesdéforestations et exploitations minières (CLAVIER & FICHEZ, 1996).

La prise de conscience générale, au sein des communautés scientifiques, du danger potentiel etdes conséquences de la pression anthropique sur les écosystèmes tropicaux (SALV AT, 1987;HUTCHINGS, 1994) a entraîné, à partir des années 80, le développement d'études et programmesnationaux et régionaux, comme en Polynésie Française (POLI et al., 1984 ; FRA IZIER et al., 1985 ; DENARDI, 1989; LONZOMAZINO et al., 1993 ; FICHEZ et al., 1996; FICHEZ et al., 1997 ; HARRIS, 1998).L'IRD (Institut de Recherche pour le Développement), de par sa spécificité et l'expérience acquise surles milieux coralliens, participe activement à cet effort de recherche, et a défini plusieurs projetsfédérateurs dans cette thématique dont le programme ECOTROPE. Ce projet se propose de traiter del'influence des apports terrigènes et anthropiques sur les systèmes récifo-Iagonaires (biotopes etbiocénoses) situés autour des sites urbanisés de Nouméa (Nouvelle-Calédonie) et Suva (Fidji)(CLAVIER & FICHEZ, 1996). Pour cela, le programme comprend quatre grandes actions de recherche:

• Connaître l'origine, préciser la nature et quantifier l'importance des apports terrigènes etanthropiques;

• Comprendre le transport et le devenir des substances dissoutes et particulaires ;• Déterminer les conséquences des apports dissous et particulaires sur les biotopes;• Caractériser le rôle indicateur et intégrateur des biocénoses pélagiques et benthiques.

Le présent mémoire, effectué de février àjuin 1999 dans le cadre du stage de DEA, s'inscritdans la première action de recherche et se propose de déterminer les signatures géochimiques(lanthanides et métaux lourds) des sources terrigènes du lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie. Uneétude de la signature minéralogique des flux verticaux particulaires et du matériel sédimentaire a déjàpermis d'apporter des précisions sur la nature et l'origine de la matière en suspension (MES) et d'endéduire ses potentialités géochimiques (MAGAND et al., 1998). Ce stage s'inscrit donc dans lacontinuité du précédent en poursuivant l'effort d'identification des particules grâce à des traceursassociés.

La définition de ces différents traceurs doit permettre:• De parfaire l'identification et la différenciation des sources du matériel particulaire (influence

relative des bassins versants sur l'écosystème lagonaire ... ),• D'accéder à une meilleure compréhension des processus de transport qui sont à la base de leur

devenir,• De déterminer l'impact de ces différentes sources,• Et enfin, de contribuer aux différents tests de validation des modèles 20 et 3D de circulation

hydrodynamique du lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie..

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Chapitre II :

Zone d'étude et problématique


I. GENERALITES SUR LE TERRITOIRE DE LA NOUVELLE-CALEDONIE

1.1. CADRE GEOGRAPIDQUE

Située à l'extrémité sud de l'arc mélanésien, à proximité du Tropique du Capricorne, et àenviron 1500 kilomètres de la côte australienne, la Nouvelle-Calédonie est le Territoire français le pluséloigné de la métropole. L'île principale ou « Grande Terre », localisée entre 20° et 22°30 de latitudesud, couvre une superficie de 16890 km2 (figure 1). Avec l'archipel des Loyautés (1970 km\ l'île des-Pins (152 km2

), les îles Belep (67 km2) et quelques îles et îlots épars, la Nouvelle-Calédonie représente

au total une superficie émergée d'environ 19100 km2. L'espace maritime est immense. La barrière

récifale qui entoure la Nouvelle-Calédonie s'étire sur 800 kilomètres entre les récifs d'Entrecasteaux(Nord-Ouest de la Nouvelle-Calédonie) et l'île des Pins. De même, 1500 kilomètres séparent les îlesChesterfield à l'ouest de la Nouvelle-Calédonie de l'îlot Hunter à l'Est. La superficie de ce lagons'élève à 23400 km2

, ce qui lui confère le titre de plus grand lagon du monde.

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Figure 1 - Situation géographique de la Nouvelle-Calédonie.Figure 1 - Geographicallocalisation ofNew-Caledonia.

1.2. CADRE CUMATIQUE

La Nouvelle-Calédonie se caractérise par un climat relativement tempéré que l'on peutqualifier de « tropical océanique ». Les variations annuelles de la ceinture anticyclonique subtropicaleau Sud, et de la zone intertropicale de convergence au Nord, déterminent quatre saisons (GIRAUD &RlGNOT, 1971). On distingue la saison chaude de mi-novembre à mi-avril, période qui correspond auxdépressions tropicales, évoluant parfois en cyclones. La période de mi-avril à mi-mai est une saison detransition, ou la pluviosité diminue et la température de J'air décroît sensiblement. De mi-mai à miseptembre, c'est la saison fraiche. Des perturbations d'origine polaire traversent la mer de Tasman etatteignent assez souvent le Territoire y provoquant des pluies relativement fortes. De mi-septembre àmi-novembre, c'est la belle saison pendant laquelle la pluviosité est minimale et la températureremonte progressivement.

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1.3. CADRE GEOLOGIQUE

La Nouvelle-Calédonie se situe sur une dorsale océanique localisée entre le continentaustralien et les arcs insulaires orientaux tectoniquement actifs (Iles Salomon, Vanuatu ... ). Laconstruction des édifices actuels remonte à la période anté-permienne, soit plus de 280 millionsd'années. De cette période tectoniquement active, il ne reste que de vieilles terrasses composées deschistes quartzofeldspathiques foliacés, présents dans la chaîne centrale. On y distingue aussi desvestiges de dépôts du Permien (290-245 Ma) et Trias inférieur (245-239 Ma) sous forme de sédimentsvolcanoclastiques au niveau de cette même chaîne centrale ainsi que sur la côte Ouest.

L'intense activité tectonique, en relation avec l'orogenèse alpine, associée aux périodes duTertiaire (23-1,8 Ma) et Quaternaire « 1,8 Ma), explique les phénomènes d' obduction, les grandespoussées des nappes de péridotites, ainsi que le dépôt de Flysch de l'Eocène supérieur, principalementdans la partie Ouest de l'île. Les couches de péridotites, principaux constituants des bassins versantsde l'île, sont issues de poussées de lithosphère océanique du Nord-Est de l'île sur des couchessialitiques (PARIS, 1981). Des mouvements tectoniques sont aussi à l'origine de la formation et de lacroissance de la barrière récifale actuelle durant le Pléistocène (1,8-0,01 Ma) et l'Holocène (10000ans) (COUDRAY, 1975).

II. PRESENTATION DU SECTEUR D'ETUDE

11.1. LE LAGON SUD-OUEST DE NOUMEA

//.1.1. Formation du lagon sud-ouest

Les formations coralliennes dans le lagon sud-ouest de Nouméa date des deux derniersmillions d'année, soit du Pléistocène (1,8-0,01 Ma). Cette période de constructions coralliennes sedistingue par d'incessantes variations du niveau marin, impliquant émersions et immersionsalternatives des coraux, et de nombreuses modifications de la géomorphologie du lagon au cours dutemps. La morphologie actuelle du lagon sud-ouest rend compte de la dernière grande variation duniveau marin correspondant à la période de régression de l'âge glaciaire Würmien (18 000 ans BP). Labaisse du niveau marin de -120 mètres par rapport au zéro actuel est à l'origine du creusement desvallées, canyons et passes au niveau du lagon et récif barrière, alors émergés, par les cours d'eau(COUDRAY, 1975).

//.1.2. Géomorphologie actuelle du lagon sud-ouest

Le littoral du lagon sud-ouest de Nouméa est découpé comme une côte de submersion, avec delarges baies et de nombreuses presqu'îles. Ce secteur méridional du lagon de Nouvelle-Calédonie,dont la largeur augmente selon un gradient nord-ouest - sud-est (2,5 à 30-40 kilomètres), sedécompose du large vers la côte comme suit (figure 2 et 3) (DUGAS & DEBENAY, 1982) :

Le récif barrière (0,5 à 2,5 kilomètres de largeur) se dispose parallèlement à la côte dans lapartie Nord-Ouest et obliquement au trait de côte au Sud-Est du lagon, élargissant ce dernier. Quatrepasses interrompent le récif avec, du nord au sud, la passe de Saint-Vincent (50 mètres), de Uitoé (60mètres de profondeur), de Dumbéa (70-80 mètres) et les passes de Boulari (50-70 mètres).

Le lagon se définit par un arrière récif peu profond, un plateau corallien et des chenaux:

• L'arrière récif représente la pente du récif barrière vers le lagon.• Le plateau corallien est composé de massifs coralliens, pinacles et îlots qui forment au sud de la

presqu'île de Nouméa une ride récifale peu différenciable de l'arrière récif.• Près de la côte, le lagon est une zone de hauts-fonds, d'îlots rocheux et coralliens donnant à la

morphologie de la zone un aspect très irrégulier. Les hauts-fonds correspondent à des chenaux,

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Figure 3 - Morphologie du lagon sud-ouest de Nouméa. 1- Baie; 2- Littoral; 3- Dépression du lagon interne; 4Substrat dur du lagon externe; 5- Dune hydraulique d'arrière récif barrière; 6- Récif barrière (d'aprèsCoudray, 1975).

Figure 3 - Morphology of south-west lagoo/l ofNew-caledonia : 1- Bay; 2- Littoral .. 3- Intern lagoon .. 4Extern lagoon hard-ground; 5- Back reef .. 6- Barrer reef(after Coudray, 1975).

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traces intermédiaires des écoulements de la dernière émersion, entre les rivières du littoral etles canyons sous-marins au niveau des passes. La passe de Uitoé constitue le prolongement dela rivière Tontouta, la passe de La Dumbéa celui de la rivière La Dumbéa, et la plus grandedes passes, celle de Boulari, correspond aux émissaires La Coulée et Les Pîrogues.

Dans le cadre de cette étude, qui se propose d'estimer les signatures géochimiques (métaux,lanthanides ... ) et l'évolution spatiale du matériel particulaire (MES et sédiments), il semble nécessairede donner quelques précisions supplémentaires sur le réseau hydrographique et les bassins versants(structure, type de sols ... ) en connexion direct avec le lagon sud-ouest, et les influences connues,terrigènes et anthropiques, associées.

II.2. RELATION LAGON SlJD-OUEST - GRANDE TERRE.

II.2.1. Réseau hydrographique et bassins versants

La densité du réseau hydrographique de la Nouvelle-Calédonie contraste avec les taillesrelativement modérées, voire réduites, de ses bassins versants. La forme allongée, la structure et lerelief de la chaîne centrale de la Grande Terre expliquent en partie cette particularité, qui implique lefaible développement de cours d'eau conséquents, en termes de débits et de tailles de lits (MONIOO F.& MLATAC N., 1968). Issues des massifs de péridotites, les rivières du sud de la côte Ouest sedéfinissent par un cours supérieur (roches ultrabasiques avec harzburgite dominante) relativementproche à celui rencontré sur la côte Est, c'est à dire un relief abrupt avec des vallées encaissées encontact direct avec l'océan, et un cours inférieur (dépôts de piedmonts alimentés par l'érosion dessurfaces ferralitiques, produits d'altération des péridotites) développé sur de larges plaines côtières seterminant dans des baies larges et très découpées. Les formations traversées dans ce dernier secteurconstituent des accumulations sédimentaires, plus tendres.

Parmi les différents cours d'eau répertoriés dans ce secteur d'étude, trois retiennentprincipalement notre attention, que ce soit par leur taille, leur localisation géographique, leur influenceet action au niveau du lagon (apports terrigènes, anthropiques ..): La Dumbéa (Nord Ouest deNouméa), La Coulée et Les Pirogues (sud de Nouméa) (figure 2). Ces cours d'eau sont soumis à unrégime torrentiel. En effet, le climat tropical océanique (cf. Chap. II paragraphe 1.2.) confère auxrégimes hydrologiques une irrégularité saisonnière caractérisée par de violentes crues associées auxdépressions tropicales pendant la période estivale humide (décembre à mars) alternant avec de fortediminution de débits (août à novembre) (MONIOO F. & MLATAC N., 1968). Par conséquent, enl'absence de précipitations atmosphériques, les eaux des rivières drainant les massifs ultrabasiques dusud de la côte Ouest sont limpides à l'embouchure des baies, et les phénomènes mécaniques (érosion,transport et sédimentation) sont relativement faibles, voire absents (BAL17ER F. & TRESCASES, 1971).Le bassin versant de La Dumbéa et son prolongement en mer (plaine alluviale, mangroves et baie deDumbéa) constituent le secteur le plus étudié en Nouvelle-Calédonie, notamment par les équipes degéologie et d'hydrologie de l'IRD (LAUNAY J., 1972; BAL17ER F. & TRESCASES J.1., 1971;TRESCASES J.J., 1969).

II.2.2. Quelques précisions sur le bassin versant.

Les massifs de péridotites (cf. Chap. II paragraphe 1.3.), principaux constituants des bassinsversants du lagon sud-ouest de Nouméa renferment une richesse relative en métaux de transition(nickel, cobalt, chrome, fer ... ) résultant d'un processus hypogénique d'enrichissement primaire. Cesroches ultrabasiques sont des harzburgites à orthopyroxènes (hypersthène) constituées de silicates demagnésium et de fer, et infiltrées d'autres métaux de transition (LiLLIE et al., 1970; PARIS, 1981).Olivine, serpentine, pyroxène et spinelles chromifères constituent généralement les minérauxprimaires les plus abondants dans la roche mère (TRESCASES, 1997).

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La péridotite, soit la roche-mère, subit un lessivage ou lixiviation en profondeur, à partir desnoyaux cristallins d'olivine, qui se caractérise essentiellement par les départs conjugués des alcalins etalcalino-terreux, puis d'une partie de la silice. Une des conséquences de ce lessivage est la formationet la libération d'un « plasma de lessivage» (TRESCASES, 1997). Ce dernier, au fur et à mesure desétapes de dégradation des péridotites, évolue (changement de composition) et donne principalementdes smectites nickélifères et ferrugineuses, de la serpentine, de la goethite et de l'hématite(TRESCASES, 1997). Mais l'évolution géochimique la plus importante, consécutive à cette altération,concerne la migration des métaux de transition et une forte concentration de ces derniers dans unepartie du profil d'altération avec les saprolites (garniérites) et les latérites.

Les saprolites correspondent à des péridotites partiellement altérées dans lesquelles lastructure de la roche-mère est encore reconnaissable. Le processus d'altération, dans ce profil, peutinduire un piégeage et une concentration du nickel libéré dans des minéraux cristallisés in situ, commeles hydroxydes de fer ou garniérites. Les saprolites sont généralement riches en nickel (2-3 %), ensilicium, magnésium, avec une teneur modérée en fer.

Les latérites sont le bilan d'une altération plus avancée des péridotites. Ces profils sontrelativement pauvres en nickel, magnésium et silicium (lessivage, transport. .. ) avec une teneurrelativement élevée en fer. Les constituants principaux sont des hydroxydes ferriques amorphes oucristallisés en goethite. La partie inférieure du profil latéritique présente un enrichissement en cobalt.Dans la partie supérieure, on distingue la présence d'une cuirasse constituée de goethite biencristallisée et d'un peu d'hématite.

III. MATIERES EN SUSPENSION, SEDIMENTS ET TRACEURS GEOCHIMIQUES.

111.1. ETAT DES CONNAISSANCES SUR LES MES.

Les apports en milieu marin, et en particulier dans le domaine récifal, sous forme organique etinorganique, peuvent être divisés en trois états physiques qui permettent de traduire leur comportement(réactions biologiques et physico-chimiques) : dissous, colloîdaux et particulaires. Pour des raisonspratiques et analytiques, la communauté scientifique internationale a établi une limite entre cesdifférents états, notamment pour séparer les éléments dissous des éléments particulaires, en se basantsur la valeur arbitraire de 0.45 J.lm (STUMM & MORGAN, 1981). L'étude du comportement deséléments chimiques et des particules dans l'océan est indispensable à la compréhension de labiogéochimie globale du domaine aquatique et permet, en particulier, de suivre le devenir despolluants. Les matières en suspension présentent notamment de fortes capacités d'échange deséléments chimiques, par l'intermédiaire de phénomènes de sorption et désorption. Ces processus sontd'autant plus importants lorsque les particules détritiques sont revêtues de couches dites « actives »,comme la matière organique ou des composés d'oxy-hydroxydes de fer et manganèse (SHOLKOVITZ etal., 1994; KOEPPENKASTROP et al., 1991). Les particules« véhiculent» ainsi de nombreux composéset éléments chimiques, d'origine organique ou inorganique, et constituent un centre de transfertimportant entre le domaine terrestre et marin, et au sein même du milieu aquatique.

Trois classes de particules sont actuellement recensées (HONJO et al., 1982; ASPER, 1987 ;KARL et al., 1988 ; GRIMALT et al., 1990) :• La première classe comprend les particules fines en suspension. Elles sont appréhendées par

l'intermédiaire de systèmes optiques (transmissomètre et néphélomètre) et échantillonnées à l'aidede bouteilles Niskin et de pompes in situ (mode actif de capture) (Mc CAVE, 1975).

• La seconde classe est constituée de neige marine, pelotes fécales, particules minérales ... soit desmatières en suspension de plus grande taille (plusieurs centaines de J.lm à quelques mm). Cesparticules définissent un flux vertical descendant net et sont collectées par l'intermédiaire depièges à particules manuels ou séquentiels (mode passif) (Mc CAVE, 1975).

• La troisième et dernière catégorie de particules concerne les matières en suspension définies pardes flux verticaux ascendants.

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Dans le cadre de cette étude, seule la seconde catégorie de particules est prise en compte etrécoltée. Les lanthanides et métaux, analysés sur les fractions minérales terrigènes des MES, peuventalors être utilisés en tant que traceurs géochimiques représentatifs de processus hydrosédimentairesrelatifs à certaines conditions environnementales particulières. Les particules en suspension et lesinformations qu'elles véhiculent reflètent une réponse quasi-instantanée du système étudié (bassinsversants, lagons ... ) face à certaines contraintes (précipitations, vents et courants).

lIl.2. MATERIEL SEDIMENTAIRE ET NOTION D'ARCHIVES.

La couverture sédimentaire (cf. Chap. II paragraphe 111.2.), présente la particularité de« séquestrer» les différents composés, soit injectés dans l'environnement marin (allochtones), soitproduits ln situ (autochtones), et de les conserver au cours du temps. Cette propriété confère auxsédiments le rôle d'archive des événements sédimentaires liés au site étudié, de la nature des apports etles modifications qualitatives et quantitatives de ces apports (FICHEZ et al., 1996 ; FICHEZ et al., 1997 ;HARRIS, 1998; BREAU, 1998). Il faut toutefois noter qu'un certain nombre de phénomènesperturbateurs comme la bioturbation et les processus diagénétiques, entre autres, peuvent entravercette reconstitution historique (HARRIS, 1998). Au même titre que pour les MES, l'utilisation d'outilsgéochimiques (lanthanides et métaux) peut se révéler d'une grande efficacité pour l'identification dessources terrigènes et de leurs influences relatives spatiales et temporelles (HARRIS, 1998 ; CABON etal., 1998) résultant de l'intégration de l'ensemble des mécanismes hydrosédimentaires (sédimentation,remise en suspension, advection ... ). Dans le cadre de ce travail, seul le plan spatial (sédimentssuperficiels) a été étudié.

IlI.3. LANTHANIDES ET METAUX DE TRANSITION.

Certains éléments à l'état de traces et ultra-traces (métaux et lanthanides) sont indissociablesdes travaux de recherche actuels sur les particules marines (TSUNOGAI & MINAGAWA, 1978;HONEYMAN & SANTCHI, 1989; SANTCHI & HONEYMAN, 1991). Plus précisément, les lanthanides(terres rares) dévoilent des propriétés chimiques qui font d'eux « d'excellents outils naturels» pourl'étude des interactions solutions/particules (KOEPPENKASTROP et al., 1991 ; KOEPPENKASTROP & DECARLO, 1992). Parmi ces travaux de recherche, certains ont pour objectif l'évaluation de lacomposition en lanthanides dans le matériel particulaire collecté par des pièges à sédiments'iéquentiels, ainsi que dans le sédiment sensu stricto. Ces travaux ont notamment permis laquantification des phénomènes de fractionnement entre les phases liquide et solide, et la déterminationdes processus ln Situ comme l'adsorption et la reminéralisation (MURPHY & DYMOND, 1984; DEBAAR et al., 1988; MASUZAWA & KORGAMA, 1989; GERMAN & ELDERFIELD, 1989, 1990; FOWLERet al., 1992 ; BERTRAM & ELDERFIELD, 1993). Dans la majorité de ces travaux, les auteurs ne se sontpas axés sur la composition totale des particules en terres rares, mais sur l'analyse des lanthanidesdans les différentes phases actives sédimentaires liées à la matière organique, les carbonates, les oxyhydroxydes de fer et de manganèse (amorphes et cristallins), ainsi que la matrice résiduelle(aluminosilicates et minéraux accessoires). Un nombre très important de travaux a également étéconsacré à l'étude des métaux associés aux différentes phases sédimentaires, pouvant ainsi fournir demultiples informations sur l'origine, la mobilité, le transport de ces éléments, ou encore leur biodisponibilité dans le milieu (GUPTA & CHEN, 1975 ; TESSIER, 1979; BALISTRIERI & MURRAY, 1984,1986; MARIN, 1998 ; BREAU, 1998; CADIOU, 1999).

Les fractions cristallines résiduelles ou phases réfractaires, contrairement aux phases actives,ne présentent pas d'affinités particulières avec les éléments dissous présents dans la colonne d'eau etleurs teneurs totales en lanthanides et en métaux représentent donc une véritable signaturegéochimique du matériel géologique lessivé d'origine terrigène.

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Chapitre III :

Opérations en mer, matériel etméthodes

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Opérations en mer, matériel et méthodes

La zone étudiée comprend le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie (du secteur nord-ouest22°IO'S - 166°05'E; 22°IO'S - 166°15'E à sud-est 22°35'S - 166°25'E; 22°20'S - 166°40'E) et lestrois émissaires principaux (La Dumbéa, La Coulée et Les Pirogues) des bassins versants associés. Auniveau côtier, l'aire d'étude comporte le site urbain de Nouméa (presqu'île de Nouméa, Grande rade,Baie Sainte-Marie ... ), les zones estuariennes environnantes liées aux émissaires et les baies associées(Baies de Boulari et Dumbéa). Plus au large, les passes de Uitoé, Dumbéa et Boulari forment la limiteexterne du lagon et sectionnent le récif barrière en différents points.

J. MESURES ENVIRONNEMENTALES ET PRELEVEMENTS.

1.1. MESURES ENVIRONNEMENTALES: METEOROLOGIE ET COURANTOLOGIE

1.1.1. Météorologie

Les données météorologiques considérées dans le cadre de cette étude sont le vent et lapluviométrie.

L'ensemble du lagon calédonien, et par extension, le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie,est exposé à un régime de vent principalement orienté sud-est (direction 110° en moyenne)correspondant aux alizés, relativement fréquent (265 jours/an) et intense, souvent supérieur à vingtcinq nœuds (ou 10 m.s· l

) (DOUILLET & LAZURE, 1999). De forts coups de vent d'ouest complètent lestrains de vent rencontrés annuellement dans la zone d'étude (direction 270°). Au sein même du lagon,le vent varie entre la côte et le large, et entre le sud et le nord. Si le vent souffle plus régulièrement ausud et au large, il est soumis à des variations diurnes au Nord et près de la côte (DOUILLET, corn.

Pers.). Plusieurs stations météorologiques ont permis d'enregistrer la direction et l'intensité du ventdans différents sites du lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie et de la Grande Terre. Les zonesconcernées correspondent à l'îlot Maître (station IRD), le phare Amédée, la presqu'île de Nouméa etla zone de La Tontouta, au Nord de Nouméa (station Météo-France). Les sites sont considérésreprésentatifs des différents modèles de répartition du vent frappant le lagon.

1.1.2. Hydrodynamisme et modélisation

La connaissance des mécanismes de circulation hydrodynamique dans le lagon sud-ouest deNouvelle-Calédonie est fondamentale pour la compréhension du fonctionnement du milieu considéréet des écosystèmes associés (DOUILLET et al., 1989, 1990). Cette constatation a contribué à la mise enplace d'une action de recherche sur les processus hydrodynamiques dans le lagon, à partir de 1988.Les études réalisées précédemment (JARRIGE et al., 1975; MORLIERE & CREMOUX, 1981;MORLlERE, 1985 ; ROUGERIE, 1986) étaient relativement restreintes et ne permettaient pas de définirun schéma général de la circulation. La courantologie du lagon, générée par les marées et les vents,présente une orientation principale de direction sud-est nord-ouest (régime principal de vents du sudest) (DOUILLET, 1998) (figure 4). De par sa présence permanente, le courant de marée est unphénomène important dans l'analyse des transferts de particules et des interprétationssédimentologiques. La vitesse résiduelle lagrangienne de la composante principale M2 des ondes demarée est généralement utilisée pour décrire la courantologie du lagon (DOUILLET, 1998). Le schémaclassique présente une entrée de masses d'eau au sud du lagon, entre le récif barrière et l'île Ouen.Cette masse est ensuite divisée en deux veines: l'une reste en circulation dans le lagon et s'écoule aunord et à l'est, et l'autre est évacuée par les passes de Boulari et Dumbéa principalement. Une autremasse d'eau pénètre par la passe de Uitoé, descend vers le secteur sud du lagon, et rentre en contactavec la cellule décrite précédemment, limitant ainsi la remontée de celle-ci à la passe de Dumbéa.Mais les ondes de marées présentent des intensités modérées, voire faibles, et n'expliquent pas à ellesseules le mode de transport du matériel dissous et particulaire dans le lagon.


Passe deUitoé

Récif barrière 1Passe deBoulari

Lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie

~~. O.25m/s

Fond

~ Surface

166°30'E

Figure 4 - Courants de fond et de surface induit par un vent d'orientation sud-est (110°) d'intensité lOm.s·'(DOUILLET, 1998).Figure 4 - Bollom and surface currents with south-west wind (//0°) (Intensity /0 m.s') (Douillet, 1998).

Il faut également prendre en compte les courants induits par les vents, dont l'action estimportante dans un secteur à faible fond. Les simulations, calculées avec un vent dominant moyend'orientation IlO° (alizés du sud-est) et de vitesse de l'ordre de 5-10 m.s·', montrent une courantologierelativement similaire en terme de directions, mais pas en intensité (DOUILLET & LAZURE, 1999). Laseule différence réside dans l'absence d'entrée de masses d'eau dans la lagon à partir de la passe deUitoé, Les courants de fond sont, bien évidemment, plus faibles que les courants de surface.

Les données courantologiques employées dans cette étude proviennent des mesures de terrain,avec les courantomètres Aanderaa ReM7 immergés sur les trois lignes de mouillage.

1.2 PRELEVEMENTS

1. 2.1. Pièges à particules séquentiels

L'emploi des pièges à particules séquentiels permet un suivi temporel des flux particuJairesdans la zone d'étude, d'autant plus important dans un secteur ou les facteurs météorologiques (vent etprécipitations) jouent un rôle prépondérant sur la dynamique de transfert particulaire et ses variations(MAGAND et al" 1998). Trois pièges à particules séquentiels ont été immergés dans le lagon sud-ouest

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1.3 TRAITEMENTS PRELIMINAIRES DES ECHANTILLONS

1.3.1 Echantillons de pièges à particules séquentiels.

L'élimination des organismes planctoniques «actifs» (swimmers) par tamisage ou sous loupebinoculaire, constitue la première étape de traitement préliminaire des échantillons particulaires. Lespièges à sédiments, et particulièrement ceux déployés dans les zones côtières ou de faiblesprofondeurs, connaissent fréquemment la visite de ces organismes (HEUSSNER et al., 1989). Or, cesorganismes représentent une composante active erronée pour la définition du flux de sédimentationnette des particules (HEUSSNER et al., 1989). L'activité de ces «swimmers» altèrent sensiblementl'intégrité générale de l'échantillon (altération des particules, dissolution de composés chimiques dansles solutions de pièges ... ) (HARBISON & GILMER, 1986). L'observation et la description des différentsorganismes présents dans les échantillons donnent, en outre, de précieuses informations sur l'originedu matériel et le milieu d'étude.

Après élimination de ces organismes et leur identification, les échantillons de matière ensuspension sont centrifugés et abondamment rincés à l'eau ultra-pure milli-Q, afin d'éliminer aumaximum le sel marin et la solution de formaldéhyde 5%. Le matériel particulaire est séché à l'étuve àune température inférieure à 65°C (préservation de la matière organique) pendant 72 heures. Il estensuite pesé (détermination des flux de masse), puis broyé au moyen d'un mortier et pilon en agateavant d'être stocké à l'abri de la poussière et tout autre contaminant potentiel jusqu'à analyse.

La fraction brute des échantillons particulaires a été analysée; les fractions inférieures etsupérieures à 40IJm n'ayant pas été séparées, contrairement aux échantillons de sédiments. Toutefois,il convient de noter que la proportion de matériel particulaire supérieure à 40lJm, bien que nonestimée, semble relativement faible. Pour le matériel d'origine terrigène, une étude menée parBAL17ER & TRESCASES (1971), sur les conséquences des cyclones tropicaux (cas de Brenda 1967-68)a permis notamment l'analyse des charges solides transportées (phases granulométriques transportées,mécanismes de transport.. ) en période de crue. Ces travaux montrent que les produits d'altérationgrossiers (sables, graviers et galets) sont charriés sur le fond et présentent un transport relativementfaible et lent, par étapes successives. La quasi-totalité de ces phases granulométriques sédimente dansles zones de piedmonts et la plaine alluviale. Le matériel plus fin, transporté en suspension homogène,circule à une vitesse voisine de celle du courant transporteur et se dépose dans les zones calmes enbordure de plaine alluviale et du delta. Contrairement à la fraction grossière, ce matériel, degranulométrie relativement fine (35% de la fraction < 21Jm, et 65% compris entre 2 et 40lJm)(BAL17ER & TRESCASES, 1971) peut être déversé et redéposé dans le domaine lagonaire. CLAVIER etal. (1986) montre également l'absence de fractions sableuses (> 631Jm) dans les particules terrigènesen suspension dans le lagon. Le matériel particulaire carbonaté en suspension, d'origine biogène, peutprésenter une granulométrie plus grossière (> 40lJm) que les éléments terrigènes. Toutefois, ladissolution de la fraction carbonatée lors de la procédure d'extractions séquentielles permetl'élimination des grains silteux. En conséquence, les analyses sont effectuées à partir de matérielparticulaire dont la granulométrie est inférieure à 40lJm.

1.3.2 Echantillons de sédiments

Les échantillons de sédiment sont séparés en deux fractions, respectivement inférieures etsupérieures à 40lJm, par tamisage humide. La fraction silto-argileuse (pélites ou lutittes) seule sertensuite de matériel de base pour les extractions chimiques. Il faut rappeler que l'étude chimique dessédiments sur la population granulométrique inférieure à 40IJm ne date que de quelques années.L'ancienne limite était fixée à 631Jm, jusqu'à ce qu'il soit mis en évidence que les réactions physicochimiques liant les éléments traces et la fraction sédimentaire comprise entre 40 et 63IJm restentrelativement faibles « 2%) par rapport à l'ensemble des processus existant entre ces éléments et laphase sédimentaire fine « 40lJm). Les échantillons tamisés sont ensuite séchés à l'étuve (50°C), puis

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broyés au moyen d'un mortier et pilon en agate avant d'être stockés dans des sachets vinyl (whirl-pak)hermétiques, à l'abri de la poussière.

II. PROCEDURE D'EXTRACTIONS SEQUENTIELLES

II.1 PRINCIPES ET INTERETS DE LA PROCEDlJRE

Il faut rappeler que ce travail est principalement axé sur l'analyse et l'identification deslanthanides et métaux de transition directement liés aux minéraux primaires d'origine terrigène(goethite, antigorite, talc, nontronite, kaolinite, silicates.. ) injectés dans le lagon par les émissaires. Lematériel détritique terrigène, et plus précisément, ses fractions argileuses associées, renferme desteneurs en lanthanides et métaux caractéristiques de la source géologique des particules. Or, lematériel particulaire collecté par les pièges à particules séquentiels représente un agrégat ouassemblage complexe de constituants organiques et inorganiques. Ces phases sont formées decomposants aussi variés que les résidus d'érosion (argiles, silicates, oxy-hydroxydes de fer. .. ), lessubstances issues de l'activité biologique (matière organique ou constituants inorganiques comme lescarbonates et la silice), ou les produits diagénétiques (oxy-hydroxydes de fer et manganèse). Ilapparaît donc nécessaire d'éliminer les phases dont les concentrations en lanthanides et métaux nereflètent pas exclusivement l'origine géologique du matériel lixivié, et représentent par là-même, unecomposante pouvant entacher les résultats et l'interprétation qui en découle.

La mesure des concentrations en lanthanides et métaux du fait de la complexité du matérielsédimentaire nécessite l'emploi des méthodes indirectes, soit par les modèles thermodynamiques, soitpar les procédures d'extractions séquentielles. Dans le cadre de ce stage, seule la seconde méthode aété utilisée, bien que soumise à discussions car elle comporte quelques problèmes expérimentauxpotentiels (non-sélectivité absolue des réactifs, possibilités de réadsorption et de recombinaison deséléments sur les autres phases présentes ..). L'utilisation de matériel de référence en rapport avec lesprocédures d'extractions séquentielles permettrait la validation définitive de ces méthodes (MARIN,1998). Malgré tout, ces méthodes de fractionnement chimique sont actuellement les seuls outilsanalytiques permettant d'obtenir des informations directes sur la répartition de ces éléments entrediverses phases particulaires, et par là-même, permettant une meilleure compréhension desmécanismes de transport, des processus de mobilisation, de transformation et évolution diagénétique,etc ... de ces éléments.

La procédure d'extractions séquentielles des métaux, proposée par TESSIER et al (1979) sur lessédiments de rivières, et adaptée aux sédiments lagonaires plus carbonatés (FERNANDEZ et al., 1997 ;CABON et al., 1998; BREAU, 1998), a servi de support pour la mise en place d'un schéma dedifférenciation des lanthanides et métaux dans le matériel particulaire détritique terrigène. Ces travauxdécrivent une procédure permettant d'extraire sélectivement les métaux liés à cinq fractions physicochimiques, par l'intermédiaire d'attaques chimiques successives (acidité, potentiel d'oxydoréduction,propriétés complexantes). Les réactifs employés permettent l'extraction des éléments traces liés à lafraction dissoute de chaque étape.

Il.2. SCHEMA D'EXTRACTIONS CHIMIQUES POUR LES LANTHANIDES ET LES METAUX

Dans le cadre de notre étude (cf. Chap. III paragraphe III.l.), les fractions réductibles etrésiduelles seules nous intéressent, en terme analytique. La digestion des fractions précédentes esteffectuée, mais sans récupération et analyse des fractions dissoutes associées.

Pour cette raison, le nouveau procédé diffère de celui employé classiquement par TESSIER etal. (1979) et CABON et al. (1998): les résidus issus respectivement des attaques des fractionsoxydables et acido-solubles sont séparés des phases dissoutes associées par centrifugations successives(4-5 fois 4500 trs/mn pendant 15 mn) au terme desquelles le surnageant est éliminé. Ce dernier

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concentre les éléments relargués issus des solutions d'attaque. Le résidu solide est alors rincé 3 fois(4500 trs/mn pendant 15 mn avec de l'eau ultrapure milli-Q) avant de subir l'attaque suivante.

Les attaques et les extractions chimiques subséquentes des fractions réductibles et résiduellesse sont également opérées différemment. Plusieurs études ultérieures (LAUNAY, 1972; BALTZER,1971 et 1975; MAGAND, 1998) montrent la présence d'oxydes et hydroxydes de fer (goethite ethématite) d'origine terrigène (hydrolyse des massifs péridotitiques et des couvertures d'altérationassociées) dans les sédiments de rivières, de milieu de baie et lagonaire stricto sensu, avec un gradientdécroissant, en terme quantitatif, de la côte vers le récif barrière. Ces minéraux ont également étédétectés dans les MES collectées dans la baie de Dumbéa, et les canyons respectifs de Dumbéa etUitoé (MAGAND, 1998). La proportion de composés oxydes et hydroxydes de fer et manganèsenéoformés in situ semble, par contre, relativement faible, voire négligeable par rapport aux apportsterrigènes (FERNANDEZ, corn. Pers.). Cette constatation permet en première considération de prendreen compte les éléments traces contenus dans la fraction réductible comme traceurs géochimiquespotentiels, au même titre que les éléments présents au sein de la fraction résiduelle. Pour cette raison,la digestion totale, normalement réservée à la fraction résiduelle seule, est appliquée à l'ensemble desdeux phases. La procédure de digestion de la fraction réductible (TESSIER, 1979 ; CABON et al., 1998)n'est donc pas employée dans le cadre de ce travail.

Le schéma d'extractions chimiques nouvellement employé pour cette étude est présenté dans la figure6. Les extractions chimiques effectuées sur les fractions oxydables et acido-solubles correspondent àdes digestions sélectives dont le but est l'élimination des éléments traces liés spécifiquement àchacune d'elles. Suite à ces deux extractions, les particules subsistantes constituent une phaserésiduelle principalement formée de minéraux primaires silicatés (argiles ... ) et autres minéraux etcomposés réfractaires. Par opposition aux digestions sélectives, l'attaque appliquée sur la dernièrefraction est totale et nécessitent l'emploi d'acides forts concentrés comme l'acide nitrique (HN0369%) et fluorhydrique (HF 50%). L'action des acides forts entraîne une dissolution quasi-complète durésidu, et donc la libération des éléments traces associés. Cependant, à la suite de cette attaque, il peutsubsister quelques minéraux difficilement solubles, tels que l'hématite (Fe203), ou des spinelles(MgAh04 et Cr203) (SOCIETE LE NICKEL, corn. Pers.).

Procédure - Le résidu de la troisième étape est repris avec 15 ml d'acide nitrique concentré(HN03 69%) et 5 ml d'acide fluorhydrique (HF 50%). Après agitation manuelle, les échantillons sontplacés dans un four à micro-ondes (modèle Anton Paar B30MC09A - Perkin Elmer). La digestion dela matrice résiduelle est effectivement réalisée en conditions hyperbares (P = 8 bars) (FERNANDEZ etal., 1997 ; CABON et al., 1998). L'élévation de la pression dans les bombes en téflon contenant leséchantillons induit une augmentation de la température d'ébullition des acides, limitant leurvaporisation et assurant un meilleur rendement de la digestion (BREAU, 1998).

Remarques: La procédure employée pour l'attaque de la fraction résiduelle est extraite de travauxpréliminaires effectués par VESNA DOLIC (ingénieur chimiste - Perkin Elmer) sur des échantillons derivières et du milieu lagonaire, au Laboratoire d'Analyse de Perkin Elmer (Melbourne - Australie).

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Eliminationsurnageant de laphase 1oxydable

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phase 2 carbonatée ..~"",.ss::s:.%,.x:.!,!u;v$>!&u;@:-:.:-.-.t,,::;;;::;~:#·

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(digestion totale - phaseox.ydes-hydroxydes Fc-Mn +

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si nécessaire

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Dissolution du résidu

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résiduelle dans le réfrigérateur 2-4°Cjusqu'à analyse

Transfert dans flaconB::J.-------l

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Figure 6 - Schéma de la procédure d'extractions séquentielles des métaux et lanthanides dans les sédiments et matières en suspension.Figure 6 - Sequential extractions procédure ofmetals and rare earth elements in sediments and suspendedparticulate matter.

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II.3. REPRODUCTIBILITE ET PRECISION DE LA METHODE

La détermination de la reproductibilité et de la précision d'une méthode analytique estessentielle en vue de la validation des résultats obtenus, de leur valorisation et interprétation dans lecadre du travail entrepris. Plusieurs critères permettent d'attester de la qualité de la méthode employéeet de l'analyse effectuée. En fait, l'incertitude appliquée aux données obtenues est due à lacombinaison de deux types d'erreurs, les erreurs systématiques et aléatoires. Les erreurs systématiquesfont l'objet de la section justesse (précision relative ou exactitude de mesure) et peuvent être corrigéespar l'intermédiaire de matériaux de référence (SRM: Standard Referential Materials ou CRM:Certified Referential Materials). Dans le cadre de cette étude, deux échantillons de référence pour leséléments traces ont été utilisés: un sédiment marin collecté dans le golfe du Saint-Laurent (Baie desChaleurs) nommé BCSS-I (National Research Council Canada), et un échantillon d'origine lacustreprélevé dans le Mississippi, appelé SL-I et homologué par l'AIEA (Agence Internationale del'Energie Atomique). La justesse se définit comme « la différence entre une moyenne d'un ensemblede résultats et la valeur acceptée comme étant la valeur vraie» (QUEV AU VILLER et al., 1993) :

Erreur relative (%) = 100 * ((Vc - Vo) / Vc)

Ou Vc est la valeur certitiée de l'échantillon et Vo la moyenne des valeurs observées.

Les erreurs aléatoires (précision du processus analytique) s'évaluent en effectuant des mesuresen réplicats sur des échantillons et en déterminant des coefficients de variation. On distingue:

• Réplicabilité - A un niveau donné, étroitesse de l'accord entre les résultats individuels successifsobtenus sur le même échantillon soumis à l'essai dans le même laboratoire et par le mêmeanalyste, même appareil et même jour de dosage.

• Répétabilité - A un niveau donné, étroitesse de l'accord entre les résultats individuels obtenus surle même échantillon soumis à l'essai dans le même laboratoire et dont au moins l'un des élémentssuivants est différent, l'analyste, l'appareil, le jour du dosage.

• Reproductibilité - A un niveau donné, étroitesse de l'accord entre les résultats individuelsobtenus sur le même échantillon soumis à l'essai dans des laboratoires différents et dans lesconditions suivantes, analyste, appareil et jour différents ou même jour (COQUERY, corn. Pers.).

Dans le cadre de cette étude, seules la réplicabilité et la répétabilité de la méthode analytiqueont été estimées. La précision se définit comme le rapport de l'écart-type à la moyenne exprimé enpourcentage:

CV (Coefficient de variation) (%) = 100 * S / M

Ou S est l'écart-type et M la moyenne des résultats obtenus.

II.4. REACTIFS, PRODUITS ET SOLUTIONS.

L'acide chlorhydrique (HCI 36%), acétique (CH3COOH 96%), llItnque (HN03 69%) et leperoxyde d'hydrogène (HzOz 30%) sont des réactifs de marque PROLABO et de qualité analytiqueNORMAPUR™. L'acide fluorhydrique (HF 50%), ainsi que le chlorure d'hydroxylamine, l'acétate desodium -trihydraté (CH3COONa - 3HzO) sont, quant à eux, des produits MERCK de PROANALYSI™. Toutes les solutions extractantes sont préparées avec de l'eau ultrapure Milli-Q(Barnstead, résistivité de 17.7 Mn.cm'I).

II .5. LAVAGE DU MATERIEL

Tous les ustensiles utilisés lors des procédures d'extractions. séquentielles sont en polyéthylèneou en téflon. Leur conditionnement s'effectue en milieu nitrique (HN03 5%) froid pendant 24h. Ilssont ensuite rincés trois fois avec de l'eau ultra-pure Milli-Q (Barnstead, résistivité de 17.7 Mn.cm").

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Les bombes en téflon (Type PFA), et les flacons Nalgène 30 ml respectivement employés pourles digestions et le stockage des échantillons, ainsi que les tubes de centrifugation téflon subissent unepré-décontamination dans un bain de solutions alcalines (Count-Off™ 10%) pendant plusieurs heures,avant de suivre le même protocole de nettoyage. L'ensemble du matériel est ensuite séché à l'étuve(60-65°C) puis stocké à l'abri de la poussière et des contaminations potentielles jusqu'à utilisation.

III. DOSAGE DES ELEMENTS TRACES PAR ICP-üES.

IlL!. PRINCIPES ET INTERETS DE LA MESURE

Les techniques couramment utilisées pour la détermination des éléments traces (métaux, terresrares ... ) sont axés sur la spectrométrie atomique. Ces techniques sont basées sur l'absorption oul'émission de radiations électromagnétiques par les atomes ou formes ioniques d'un élément chimique,et ce, à la suite de changements de niveau dans le cortège électronique. Les changements d'énergieconsidérés concernent l'excitation des électrons sur les différentes orbitales d'un élément atomique,d'un état fondamental à un niveau d'énergie plus élevé (phénomène d'absorption), et la décroissanceénergétique (phénomène d'émission) qui accompagne le retour de cet élément à un niveau d'excitationplus faible ou état stable. Chaque élément chimique possède ses propres caractéristiques de niveauxénergétiques et par là même, ses propres longueurs d'onde d'émission et d'absorption.

L'ICP-OES utilise le principe de la spectrométrie optique d'émission (OES). L'échantillon estsoumis à des températures suffisamment élevées (jusqu'à 10 OOOOK) pour provoquer la dissociationdes atomes et leur ionisation (excitation par collision et chauffage) (BOSS & FREDEEN, 1997). A l'étatexcité, les ions de chaque élément, préalablement formés, retournent à l'état fondamental par émissionthermique ou radiative, et ce, dans des longueurs d'onde spécifiques à l'élément analysé. L'intensitéde la radiation émise est proportionnelle la concentration de l'élément considéré (BOSS & FREDEEN,1997).

111.2. PRINCIPES ET DESCRIPTION DE L'APPAREIL.

L'ICP-OES est constituée d'un système d'introduction de l'échantillon, d'une sourcethermique par décharge (système d'atomisation et d'ionisation), d'un système optique de transmissiondes radiations émises, d'un détecteur et d'un système d'enregistrement. L'appareil utilisé pour cetteétude est de type Perkin-Elmer Optima 3300 DV.

Introduction de l'échantillon: L'échantillon est généralement introduit dans le plasma(source thermique d'ionisation) sous forme liquide par l'intermédiaire d'un nébuliseur qui transformela solution en fines gouttelettes au moyen d'un flux d'Argon; transformation préalable avant d'êtreinjectées dans le plasma.

Source thermique ou torche à plasma: Le plasma est défini comme un gaz partiellementionisé. Il est produit par un champ magnétique (700-1500 Watts; 27-56 Mhz) induit par une bobineen cuivre enroulée autour de la partie supérieure de la torche en quartz. Le plasma est alimenté par unflux de gaz neutre, l'argon. Les atomes d'argon rentrent en collision avec les électrons produits dans latorche, le choc du mouvement des particules chargées provoque alors l'échauffement du courant degaz peut atteindre des températures de l'ordre de lO OOO°K.

Collecte et détection des radiations d'émission: L'ensemble des radiations émises par leséléments chimiques pénètre ensuite dans un spectromètre. Ce dernier, par un système de jeu optique(phénomène de diffraction) disperse les différentes longueurs d'onde d'émission et sélectionne cellescorrespondant aux éléments préférentiellement étudiés. Les longueurs d'onde d'émission isolées, sontcollectées par un CCD (Charge Coupled Detector) qui mesure l'intensité de chacune des lignesd'émission. Les données collectées et converties sont enregistrées et stockées par un systèmeinformatique directement connecté à l'ensemble de l'appareillage.

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111.3. AVANTAGES ET LIMITES DE L'ICP-OES.

L'ICP-OES constitue un système d'analyse spectroscopique regorgeant de nombreuxavantages par rapport au spectromètre classique employé (SAA four et flamme), dont il convient derappeler succinctement quelques points forts principaux.

En premier lieu, cet appareil présente la particularité d'analyses multi-élémentairesinstantanées avec une sensibilité de détection accrue, grâce à la température élevée (6000 - 10 OOOOK)et la haute stabilité du plasma. Les capacités thermiques du plasma permettent l'excitation etl'ionisation de la majorité des éléments de la table périodique, parfois difficilement dissociés avec lessystèmes d'analyse conventionnels. Les interférences chimiques, entre les éléments, se trouventréduites, voire éliminées. Le temps de résidence important (2 ms) de l'échantillon dans le plasmapermet également de réduire les effets de matrice et accroît la sensibilité de l'appareil.

Par contre, le système d'analyses multi-élémentaires de \'ICP-OES induit parfois la présenced'importantes interférences spectrales, qui nécessitent l'application de modèles mathématiques dedéconvolution du signal, appelées MSF (Multicomponent Spectral Fitting). Ces méthodes permettentd'estimer et corriger les interférences spectrales des éléments les uns par rapport aux autres.

111.4. CALClJL DES CONCENTRATIONS

Les concentrations données par \'ICP-OES sont exprimées en mg/L (ou ppm) de l'élémentchimique contenu dans la solution extractante. La conversion suivante est nécessaire pour exprimer lateneur réelle (ou concentration relative) de cet élément dans les phases réductibles et résiduelles de lafraction fine de l'échantillon sec (f.lglg ou ppm en poids sec) :

C rel 3+4 =( [Clep * FD * V ] / m 3+4) * 1000

Ou C rcl :1+4 correspond à la concentration relative de l'élément par rapport à la masse des phases réductibles (3) et résiduelles(4) qui lui sont associés (Ilg!g ou ppm), Cie? la concentration de l'élément dans la solution extractante (mg!L ou ppm), FD lefacteur de dilution, V le volume de la solution extractante (0.025 1) et m 3+4 la masse des fractions réductibles et résiduelles.

L'emploi de la concentration relative permet de suivre exclusivement l'évolution conjointe deséléments traces associés à une ou plusieurs fractions physico-chimiques définies en s'affranchissant del'évolution globale, parfois différente, de ce même élément sur l'intégralité de l'échantil1on.

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Chapitre IV :

Résultats et discussion

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1. ETUDE ET ANALYSE GEOCHIMIQUE DES METAUX LOURDS

1.1.INTRODlJCTION

Les séries de résultats présentés dans ce chapitre concernent exclusivement l'analyse desmétaux. Les lanthanides (terres rares) initialement prévus en qualité de traceurs géochimiques, aumême titre que les métaux ont également été extraits. Toutefois, la méthode analytique employée nes'est pas avérée totalement satisfaisante, excluant ainsi l'exploitation et l'interprétation des donnéesobtenues.

La procédure d'extractions séquentielles, mise au point au cours de ce stage, ne semble pasremise en cause, en terme de fiablité. La méthode chimique fonctionne, preuve en est l'application decette méthode pour l'extraction des métaux dans les mêmes phases sédimentaires et sur les mêmeséchantillons. Par ailleurs, une étude préliminaire encourageante, entreprise au laboratoire d'analysesde Perkin-Elmer (Melbourne - Australie) a permis d'examiner la potentialité de l'analyse des terresrares par détection directe en ICP-OES, à l'issue d'une procédure chimique sensiblement analogue.

Par opposition, les méthodes classiques utilisent pour l'extraction des lanthanides uneséparation chimique des terres rares de l'ensemble de la matrice par chromatographie sur résineéchangeuse cationique (AG50W - X8 200 à 400 mesh) (STRELOW F.W.E. & JACKSON P.F.S., 1974 ;YOSHIDA K. & HARAGUCHI H., 1984; CROCK J.G. et al., 1984; DE CARLO H., corn. Pers.). Cetteséparation chromatographique préalable permet ainsi de s'affranchir lors de la mesure desinterférences spectrales générées par les autres éléments chimiques, également libérés pendant ladigestion. La technique développée par Perkin-Elmer pour \'ICP-OES offre, en principe, la possibilitéde se libérer potentiellement de cette séparation chimique en utilisant des filtres analytiques basés surdes modèles mathématiques: le système MSF (cf Chap III paragraphe IV.3.). Dans le cadre de cetteétude, le modèle de déconvolution des pics employé corrige imparfaitement les interférencesspectrales occasionnées par la matrice sur les terres rares. Une étude méthodologique complète pour('élaboration d'un modèle de correction spectrale pour les terres rares s'avère donc necéssaire. Lesobjectifs du stage n'étant pas axés sur la réalisation et la validation d'une telle méthodologieanalytique, mon travail s'est alors principalement orienté sur l'emploi des métaux en tant que traceursgéochimiques.

1.2. ORIGINE DES METAUX

Dans le cadre de cette étude, neuf métaux lourds ou éléments de transItIOn ont étéanalysés dans les phases sédimentaires réductibles et résiduelles: le cobalt (Co), le cuivre (Cu), lechrome (Cr), le fer (Fe), le manganèse (Mn), le nickel (Ni), le strontium (Sr), le vanadium (V) et lezinc (Zn). Ces éléments présentent des origines diverses (terrigène ou marine), parfois mixtes, et ilsemble important de rappeler succinctement les différentes sources potentielles de chacun de cesmétaux.

• Métaux d'origine terrigène

Pour la zone d'étude considérée, le fer, le nickel, le cobalt, le chrome et le vanadium formentun groupe d'éléments traces d'origine exclusivement terrigène. L'altération des massifs péridotitiqueset des couches latéritiques libère effectivement des quantités importantes de ces éléments (DEBENAY,t985) qui sont transportés sous forme dissoute et / ou particulaire avant d'être déversés dans ledomaine lagonaire. Certains de ces métaux (Fe, Ni, V), considérés comme des éléments de typenutritif, deviennent alors disponibles pour la faune et flore locales et peuvent être remobilisés parmécanisme biologique actif (DEBENAY, t985 ; CHESTER, 1990).

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• Métaux d'origine marine

Le cuivre et le zinc apparaissent comme deux éléments de transition d'origine principalementmarine, bien que ceux-ci soient également libérés à l'état de traces lors de l'altération des massifsultrabasiques (DEBENAY, 1985). L'apport de cuivre semble effectivement négligeable au vu desdifférences de teneurs observées entre les stations dites «côtières» et les stations marines strictosensu.

• Métaux d'origine mixte (terrigène et marine)

Le strontium et le manganèse se définissent par une origine mixte. Le manganèse, présent dansle milieu sous des formes oxydes accompagne également les apports terrigènes (matériel silicoferrugineux et alumineux, oxydes de chrome, de nickel, etc ... ) déversés dans le lagon (LAUNAY, 1970,1972 ; DUGAS, 1974; DEBENAY, 1985). Si la formation d'oxydes de manganèse dans les couchessuperficielles du sédiment est également à prendre en compte, il est encore relativement difficile dedéfinir les parts prises respectivement par les oxy-hydroxydes d'origine terrigène et marine (BREAU,1998). Les incertitudes planant sur ses origines (gisement sur la côte ouest et / ou volcanisme sousmarin) et son comportement impliquent un certain nombre de précautions quant à l'utilisation de cemétal dans la définition des traceurs.

Cas particulier du strontium - Le strontium est un élément constitutif des sols latéritiques, et peut êtrelibéré, à de faibles teneurs (JO'ine de ppm), dans les différents émissaires drainant les bassins versants.Il peut également être issu du domaine lagonaire ou milieu récifal, au sein duquel il contribue àl'élaboration de structures biogènes. Il participe notamment à la formation de tests calcaires(coccolithophoridés) ou des squelettes coralliens aragonitiques, par remplacement de l'élément au seinde la matrice cristalline (élaboration de strontionite SrCO j ). Le strontium peut également être présentsous forme d'inclusions fluides dans les interstices des matrices cristallines des tests siliceux(principalement diatomées), en quantité toutefois relativement faible par rapport aux tests calcaires(CORREGE, corn. Pers.). Enfin, certains organismes phytoplanctoniques présentent la particularité deformer des tests de sulfate de strontium et de potassium (SrS04 ou célestite) de forme étoilée, dont laprésence dans le matériel particulaire a été signalée dans des zones d'influence océaniqueprédominante (canyons de Dumbéa et Uitoé) (MAGAND, 1998). Les origines du strontium marin sontdonc multiples et les quantités de strontium déversées dans le domaine lagonaire par les différentesrivières sont négligeables par rapport aux teneurs observées dans le milieu marin. Pour cette raison, cetélément ne peut être utilisé comme un traceur terrigène, mais son caractère marin fortement marquépeut, par contre, lui permettre de servir d'élément normalisateur dans l'établissement de rapportsgéochimiques.

1.3. EMPLOI DES RAPPORTS GEOCHIMIQUES COMME OUTILS DE TRAÇAGE

L'utilisation des traceurs géochimiques fournit, depuis de nombreuses années, desinformations inestimables sur les processus de mélange et circulation des masses d'eau, de transportparticulaire, ainsi que sur l'ensemble des phénomènes biogéochimiques impliqués dans le systèmeocéanique (CHESTER, 1990). Les éléments traces, métaux lourds et lanthanides, constituentd'excellents traceurs et leur emploi dans la détermination des origines, du transport et du devenir de lamatière particulaire devient de plus en plus fréquent (ELDERFIELD, 1988; BURTON & STATHAM,1988). Les rapports géochimiques des éléments entre eux sont notamment employés pour les études detraçage. Il convient de rappeler succinctement les critères fondamentaux qu'il est nécessaire derespecter et considérer lors de l'emploi de ces rapports en tant que traceurs.

En premier lieu, les différentes sources de matériel doivent refléter une composition différenteet se distinguer les unes des autres par des teneurs et / ou rapports de concentrations de certainséléments chimiques. Cette sélection constitue alors une véritable carte d'identité ou signaturegéochimique du matériel géologique d'origine terrigène ou marine. Toutefois, il faut garder à l'espritque cette corrélation n'existe que dans le cas ou le lessivage, l'érosion, le transport à travers les

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bassins versants et la sédimentation n'altèrent pas les abondances relatives et rapports de concentrationdes métaux dans le matériel primaire, ou du moins, de manière prédictible (FAURE G., 1986 ; MOREY& SElTERHOLM, 1997).

Pour simplifier, dans le cadre de cette étude, nous avons été amenés à considérer lesembouchures des émissaires comme source de matériel particulaire dont la signature est donnée par lescaractéristiques des sédiments déposés et de ne prendre en référentiel, en terme de teneurs et rapportsen métaux, que la résultante de l'ensemble des modifications subies par les particules avant sonintroduction dans le système lagonaire; Cette hypothèse de départ étant fondamentale pourl'application des modèles de mélange sédimentaire (FAURE G., 1986).

Sur l'ensemble des métaux analysés, sept rapports géochimiques retiennent particulièrementnotre attention (Ni/Cu, Co/Sr, Fe/Ni, V/Sr, Mn/Cu, Co/Cu et Ni/Sr) pour le traçage du matérielparticulaire d'origine terrigène. Les associations Ni/Cu et Co/Sr constituent deux rapports intéressants,que nous utiliserons comme outils de base par la suite pour l'identification du matériel particulaire.L'ensemble des résultats (concentrations relatives des métaux dans les phases sédimentairesréductibles et résiduelles, rapports des métaux) est présenté sous forme de tableaux en annexe 2 et 3.

II. VALIDITE DE LA METHODE ANALYTIQUE

II.1. REPLICABILITE ET REPETABlLlTE DE LA METHODE

La réplicabilité et répétabilité estimées sur les échantillons certifiés BCSS] et SL 1, ainsi quesur deux échantillons (B30 et PlO) extraits de cette étude, sont présentées dans les tableaux 1 et 2, etsur la figure 7.

Les valeurs estimées des coefficients de vanatIOn sont acceptables pour tous les élémentsétudiés « à ]2%), sur les quatre échantillons considérés. Les précisions analytiques fluctuent plusd'un échantillon à l'autre, que d'un élément à l'autre au sein d'un même échantillon. A cet égard,l'échantillon de référence BCSS] se définit par une excellente précision analytique et donne lesmeilleurs résultats (CV < 4% pour l'ensemble des éléments). Les échantillons SU, B30 et PlOprésentent des coefficients de variations bons (5-10%) à acceptables «15%). Les concentrationsrelativement élevées de la majorité des métaux analysés ne permettent pas d'expliquer certainesvaleurs fortes de précision. L'homogénéité de l'échantillon, d'une part, et l'action plus ou moinscomplète du processus de digestion, d'autre part, peuvent expliquer les valeurs obtenues. Il convientd'ailleurs de noter que les coefficients de variation sont plus élevés dans les solutions résultant de ladigestion ménagée des phases sédimentaires oxydables, acido-solubles et réductibles de la procédured'extractions séquentielles, que dans les solutions issues de la digestion totale au moyen d"acides forts(TESSIER et al., 1979; MARIN, 1998; CADIOU, 1999). La sélectivité des attaques et les différences deviscosité des solutions étalons et des extraits d'échantillons (réglages de l'appareil) pour chaquefraction expliquent en partie cette constatation (TESSIER et al., 1979 ; MARIN, ]998).

Les échantillons de référence apparaissent généralement plus homogènes que les échantillonsnon certifiés et présentent des coefficients de variation plus faibles. Cependant, l'échantillon SUmontre des valeurs relativement comparables à celles obtenues pour les échantillons B30 et PlO. Lacomplexité texturale et minéralogique de l'échantillon SLl (matrice argilosilteuse) et la difficultéinhérente à la dissolution de cette matrice peuvent être à l'origine des variations constatées. Mais ladissolution, même incomplète des échantillons n'entraîne pas systématiquement une forte variabilitéde la concentration de tous les éléments, ce qui signifie qu'une grande majorité des métaux est libéréemême dans le cas ou la dissolution n'est pas menée à terme (cf section justesse).

Les coefficients de variation observés sur les échantillons non certifiés B30 et PlO présententdes valeurs intermédiaires entre BCSS 1 et SL 1, et surtout des valeurs plus dispersées (B30 - 6.1 à

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Il.4%; P 10 - 7.4 à 10.3%). L' homogénéité des échantillons et les problèmes inhérents à ladissolution peuvent également être à l'origine de ces résultats.

Tableau 1 - Comparaison entre les valeurs obtenues au cours de cette étude et les données des échantillons deréférence BCSS 1 et SU (tests de réplicabilité et répétabilité) pour l'analyse des métaux, avec la procédured'extractions séquentielles. Les valeurs sont exprimées en Ilg/g (ppm) ou en % (cas du fer) et correspondent à lamoyenne ± l'écart-type. (n correspond au nombre de réplicats analysés par échantillon, CV le coefficient devariation. Val. CerI. La valeur certifiée de l'élément considéré dans l'échantillon et Prée. la précision ou justessede l'analyse). (1) n=4 pour l'échantillon BCSS 1, et n=9 pour SU (analyse du 28/05/1999); (2) n=3 pour leséchantillons BCSSl et SU (analyse du 21/05/1999).

Elements BCSS1 cv Val. Cert. Prée. SL1 CV Val. Cert. Prée.(IlWg) (%) (J,1Wg) (%) (J,1Wg) (%) (J,1Wg) (%)

Co 228.616 (1) 14.8 ± 0.30 2 11.4 ± 2.1 23 20.2 ± 2.1 10.3 19.8 ± 1.5 2Co 228.616 (2) 15.9 ± 0.5 3 11.4 ± 2.1 28.3 19.4 ± 1.9 9.9 19.8 ± 1.5 2Cr 267.716 (1) 72.9 ± 1.37 1.9 123 ± 14 41 66.4 ± 7.5 7.5 104±9 36Cr 267.716 (2) 74.6 ± 1.6 2.2 123 ± 14 39.3 60.6 ± 6.3 10.4 104 ± 9 42Cu 324.752 (1) 14 ± 0.4 3 18.5 ± 2.7 24.2 24.3 ± 2.7 11.1 30 ± 5.6 19Cu 324.752 (2) 17.3 ±0.6 3.3 18.5±2.7 6.5 25.4 ± 2.3 9 30 ± 5.6 15.3Fe 238.863 * (1) 3.08% / 3.27% 5.8 48299 / 67400 28.3Mn 259.372 (1) 179 ± 6.36 3.5 229 ± 15 21.8 2587 ± 10 3460 ± 160 25.2

258Mn 259.372 (2) 185 ± 3.7 2 229 ± 15 19 2273± 10.2 3460 ± 160 34

231Ni 232.003 (1) 48.4 ± 1.02 2.1 55.3 ± 3.6 12.5 44.1 ± 10.4 44.9 ± 8 1.8

4.57Ni 232.003 (2) 49.4±1.4 2.9 55.3 ± 3.6 10.6 / / / /Zn 202.548 (1) 83.3 ± 1.5 1.8 119±12 30 177±19 10.8 223 ± 10 20.8Zn 202.548 (2) / / / / / / / /

Tableau 2 - Estimation de la précision de la méthode employée pour l'analyse des métaux dans les phasessédimentaires réductibles et résiduelles (extractions séquentielles) à partir de deux échantillons de rivière (B30)et lagonaire (PlO). Les valeurs sont exprimées en Ilg/g (ppm) et correspondent à la moyenne ± l'écart-type (ncorrespond au nombre de réplicats analysés par échantillon, CV le coefficient de variation).

Eléments Echantillon P 10 (fJg/g)(n=3)

C.V. (%) Echantillon B 30 (fJg/g) C.V. (%)(n=3)

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Co 228.616 78.1 ± 5.8 7.4 600 ± 69 11.4Cr 267.716 2899 ± 268 9.2 13217± 1152 8.7Cu 324.752 27.9 ± 2.9 10.2 40.3 ± 2.5 6.1Fe 238.863 141098 ± 13294 9.4 416480 ± 32276 7.7Mn 259.372 554 ±46.3 8.3 3077 ± 313 10.2Ni 232.003 1576 ± 140 8.9 11252 ± 813 7.2Zn 202.548 195 ± 20 10.3 390 ± 24 10.3

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DBCSSI (n=4) 28/05/1999

O BCSS (n=3) 21105/1999

o SU (n=9)28/05/1999

o SU (n=3) 21/05/1999

o PlO (n=3) 28/05/1999

omo (n=3) 28/05/1999

Co Cr Cu Mn Ni Zn

Figure 7 - Emploi du coefficient de variation (CV) calculé sur deux échantillons certifiés (BCSSI et SU) etdeux échantillons de la zone d'étude (PlO- milieu lagonaire et B30 - embouchure de rivière) afin d'estimer laprécision du processus analytique (répétabilité et réplicabilité), avec n correspondant au nombre de réplicats paréchantillons.Figure 7 - Use of varia/ion coefficient (VC) derived from two certified samples (BCSS] and SU) and twosamples ofstudy zone (P]0 - Lagoon and B30 - River) to estimate analytical procedure precision (replicabilityand repetability).

En conclusion, bien que les précisions observées ne soient pas excellentes, la méthodeanalytique et chimique employée dans le cadre de cette étude peut être considérée comme réplicable etrépétable, donc suffisante pour obtenir des informations fiables et utilisables, et ce, pour la plupart deséléments.

ll.2. PRECISION RELATIVE (EXAeTITIIDE DE LA MESURE)

Le tableau 1 résume également les valeurs de la précision relative (ou justesse) calculées pourles métaux dans les échantillons certifiés BCSSI et SU . Les données sont très fluctuantes d'unéchantillon à l'autre, et d'un élément à l'autre au sein d'un même échantillon. Elles sont comprisesentre 5.8 et 39.3% pour BCSS1, et entre 1.8 et 42% pour SU. Ces valeurs de précision relativepeuvent être classées en trois catégories distinctes:

• Satisfaisantes pour le cobalt (2%) et le nickel (1.8%) avec l'échantillon SU, et le fer (5.8%) avecle matériel certifié BCSS 1.

• Faibles mais acceptables (10-20%), tels que le cuivre avec SU, et le nickel avec BCSS1.• Relativement médiocre (>20%), atteignant plus de 40% dans le cas du chrome.

L'existence d'interférences spectrales dues aux effets de matrice et non spectralesCVANDECASTEELE & BLOCK, 1993), ainsi que la sélectivité des attaques engagées dans la procédured'extractions séquentielles (JARVIS & JARVIS, 1992) constituent les principaux paramètresresponsables du degré d'exactitude de la mesure.

En ce qui concerne les interférences spectrales de lecture, l'atténuation des signaux dépend dela concentration des éléments interférant, de la matrice et de l'appareil employé (sensibilité, etc ... ).Selon certains auteurs (CRAIN et al., 1988; KIM et al., 1990; GREGOIRE et al., 1987 ; OLNARES &HoUK, 1986), les effets de matrice deviennent conséquents pour des concentrations supérieures à 500ppm. Mais certaines études montrent également l'apparition d'effet de matrice pour des teneurs

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inférieures, de l'ordre d'une dizaine de ppm (MARIN, 1998). Dans le cadre de cette étude, le fer, dontla concentration moyenne est supérieure à 1000 ppm, peut atteindre jusqu'à 13000 ppm dans lessuspensions de rivières, et dans les embouchures.

Parallèlement, les concentrations généralement plus faibles en chrome, zinc, manganèse,cuivre et fer (cas de l'échantillon SLI) par rapport aux échantillons de référence peuvent effectivementrésulter d'une dissolution incomplète des différents minéraux constitutifs des phases sédimentairesréfractaires. La présence d'un résidu pour la plupart des échantillons, à la suite de l'attaque avec lesacides forts (cf. chap. III. paragraphe III.2.), témoigne de la digestion partielle, essentiellement en cequi concerne les minéraux réfractaires comme les spinelles chromifères (CrzO,), ou ferralitiques(FezO,). L'analyse par fluorescence X, du résidu issu de l'attaque totale sur les échantillons, a étéréalisée par la Société Le Nickel, et montre effectivement la présence majoritaire de composésalumino-silicatés (A}zO,), d'oxydes de magnésium (MgO), de chromite et de goethite. Il faut toutefoisnoter que les composés ferriques sont en quantité relativement restreinte dans le résidu final «6%). Cerésultat conduit à l'élimination du chrome en tant qu'élément normalisateur pour le traçagegéochimique du matériel particulaire d'origine terrigène.

II.3. MASSES ET CONCENTRATIONS RELATIVES

Il semble nécessaire de mettre l'accent sur un problème lié au calcul des concentrationsrelatives des éléments traces dans les phases résiduelles et réductibles. La procédure de digestiontotale a parfois été appliquée sur des quantités d'échantillons relativement faibles « 30 mg). Or, leserreurs inhérentes à la pesée et à la manipulation de telles masses conduisent à conserver un regardcritique sur l'estimation des concentrations relatives, directement reliées à la masse. Cette remarqueest particulièrement applicable pour certains échantillons de matériel particulaire collecté dans lespièges à particules séquentiels.

III. SUPPORT SEDIMENTAIRE

IlL!. EVOLUTION SPATIALE DES RAPPORTS DANS LES SEDIMENTS DE SlJRFACE

111.1.1. Rapport Ni/Cu

Les valeurs du rapport Ni/Cu varient de 56 à 353 (figure Sa). Cette gamme de valeurs reflètentla diversité des types sédimentaires rencontrés dans les différents environnements étudiés. Quatrecatégories de milieu sédimentaire peuvent être extraites de l'ensemble de ces résultats.

Mis à part pour les stations 0 54 et P 02, respectivement localisées dans la plaine deltaïque dela rivière La Oumbéa et dans le secteur amont de la rivière Les Pirogues, les suspensions de rivières(stations 0 56, B 02, B 30, P 03) montrent des rapports élevés (Ni/Cu> 230). Ces valeurs traduisentdirectement l'importance de l'apport en élément nickel, issu du lessivage des bassins versants. Lestrois émissaires présentent des rapports relativement proches, ou du moins, qui ne permettent pas deles distinguer franchement.

Les sédiments collectés au droit des embouchures (stations 0 36, B 03, BOS, B II et P 04) sedéfinissent également par des rapports élevés (Ni/Cu> 200) compris entre 20S et 345. La plus fortevaleur est enregistrée à la station 0 36, dans la continuité du delta de La Oumbéa. Ces rapportstémoignent de la forte influence des apports particulaires d'origine terrigène sur la bande côtière et àproximité directe des embouchures. Bien que placé en retrait par rapport au trait de côte, et à fortioride l'influence des apports fluviatils, l'échantillon de la station P 09 montre un rapport Ni/Cu de l'ordrede 229, soit dans la gamme des valeurs observées précédemment.

La troisième catégorie d'échantillons intègre des stations réparties entre la bande côtière (033, B 19, A 01 et P 06) et le récif barrière (A 14 - passe de Boulari), avec des prélèvementsintermédiaires dans le canyon de Boulari (A 03 et A IS). Les valeurs Ni/Cu sont inférieures à cellesobservées dans la baie de Boulari et le long de la frange littorale, ce qui tend à montrer la diminution

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Océan Pacifique

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Océan Pacifique

Figure 8a et 8b - Evolution spatiale des rapports géochimiques Ni/Cu et Co/Sr dans les fractions réductibles et résiduellesdes échantillons de sédiments.Figure 8a and 8b - Spatial evolution ofNi/Cu and Co/Sr ratios in résidual and oxyde phases in sediments samples.

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de l'influence terrigène, en terme d'apports de l'élément nickel, et par opposition la prédominance dela source océanique, au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la côte.

Le dernier groupe d'échantillons (stations M 06, M 15, M 22, M 30) présente des rapportsNi/Cu inférieurs à 100 (56 à 89), soit les plus faibles valeurs enregistrées sur l'ensemble des stations.Le gradient côte-large, en terme d'influence terrigène, observé sur le groupe d'échantillons précédentsest beaucoup plus marqué.

//1.1.2. Rapport Co/Sr

L'étude du rapport Co/Sr (figure 8b) indique une tendance globale relativement similaire àcelle du rapport Ni/Cu. La répartition et progression spatiales des valeurs sont effectivement prochesde celles observées avec le rapport précédent et plusieurs catégories d'échantillons peuvent égalementêtre distinguées.

L'ensemble des échantillons de rivières (stations D 56, D 54, B 02, B 30, P 02 et P 03)présente une gamme de valeurs relativement large (Co/Sr entre 47 et 232), avec de fortes variationsd'un émissaire à un autre, et au sein même de chaque émissaire. A la différence du rapport Ni/Cu, lerapport Co/Sr pourrait être en mesure de différencier les sources de matériel particulaire d'origineterrigène issues des différentes rivières. On observe également une décroissance beaucoup plus nettedu rapport Co/Sr d'amont en aval, soit de la zone source jusqu'à l'embouchure.

Les échantillons collectés au droit des embouchures (station D 36, B 03, B 08, B Il et P 04)montrent une décroissance rapide des valeurs de rapport Co/Sr, avec parfois deux ordres de grandeurde différence avec les valeurs enregistrées directement aux embouchures. Contrairement au rapportNi/Cu sur les mêmes échantillons, un tel gradient tend à supposer que l'influence des apportsparticulaires d'origine terrigène dans la bande côtière reste faible, et que d'importants phénomènes dedilution ont lieu dans le domaine lagonaire dès l'embouchure des rivières.

Les éléments normalisateurs employés pour l'un et l'autre des rapports dévoilent deuxcomportements différents:

• Le cuivre présente des concentrations relatives globalement constantes (10-59 ppm) surl'ensemble des échantillons.

• Au contraire, le strontium montre une large gamme de teneurs relatives (2-2810 ppm) avec destransitions fortement marquées entre les suspensions de rivières et les sédiments lagonaires.

Cette constatation amène à établir un parallèle entre les évolutions respectives des rapportsCo/Sr et Ni/Sr d'une part, et Co/Cu et Ni/Cu d'autre part. Or, il semble que l'élément strontium, entant que normalisateur, soit seul responsable des forts gradients observés.

Ces résultats mettent l'accent sur le bienfondé de l'emploi de plusieurs rapports géochimiques,composés d'éléments distincts, en tant que traceurs et montre également les précautions à prendre lorsde l'utilisation de ces traceurs, notamment au niveau interprétatif.

Les échantillons des stations D 33, B 19, A 0 l, P 06, A 03, A 18, M 06, M 22 et M 30présentent des rapports Co/Sr relativement proches (0.42 à 1.9), et inférieurs à ceux enregistrés dansles stations de baie et d'embouchure. Ces rapports témoignent de la diminution de l'influence terrigèneselon un gradient côte-large. Ce résultat est en parallèle avec l'évolution du rapport Ni/Cu. La stationP 09, le rapport Co/Sr, tout comme Ni/Cu, s'apparente aux valeurs observées pour les échantillons dela bande côtière.

Enfin, la prédominance de l'influence marine est relativement nette pour les échantillonssituées à proximité directe du récif barrière (station P 10) et des passes (stations A 14 et M 15). Lesrapports Co/Sr inférieurs à 0.1 témoignent à la fois de l'augmentation des teneurs relatives enstrontium dans un environnement proprement lagonaire, et surtout de l'absence quasi-totale d'uneinfluence terrigène quelconque.

//1.1.3. Autres rapports

Les autres rapports géochimiques (Fe/Ni, Mn/Cu, Co/Cu, V/Sr et Ni/Sr), préalablementsélectionnés, dévoilent une tendance globale similaire à celles observées pour les deux rapports

27

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précédents, mais avec des nuances et contrastes souvent moins nets (excepté pour V/Sr et Ni/Sr). Lesrésultats montrent des signatures géochimiques différentes en fonction du compartimentenvironnemental considéré (distinction des catégories sédimentaires), ainsi que les transitions plus oumoins marquées entre ceux-ci.

111.2. DISCUSSION

L'évolution spatiale des rapports géochimiques dans les sédiments de surface dévoile unetendance générale à la décroissance de l'influence des apports particulaires de matériel terrigène de lacôte vers le large. Une analyse plus détaillée montre en fait des variations notables dans l'évolutiondes rapports en fonction des transects côte-large considérés, mais également au niveau côtier sur destransects longitudinaux. Ces résultats tendent à montrer l'existence de plusieurs compartimentsenvironnementaux, dont les caractéristiques géochimiques diffèrent, et pour lesquels les transitions del'un à l'autre sont relativement marquées.

L'influence des apports particulaires détritiques terrigènes des rivières La Coulée et LesPirogues est sensible le long de la bande côtière dans les stations localisées au droit et à proximité desembouchures des deux émissaires (stations A 01, P 04, P 06, B 03, B 08, B II et B 19), mais estsurtout marquée dans la baie de Boulari (stations B 03, B 08, B II et B 19). L'ensemble de cesstations présentent des rapports géochimiques et des concentrations relatives en métaux généralementplus faibles par rapport aux échantillons collectés dans les rivières, mais suffisamment élevés poursouligner un impact détritique terrigène. L'analyse de l'évolution des pertes de masse conséquentesaux extractions séquentielles, couplée à l'étude minéralogique du matériel sédimentaire renforce cettehypothèse (MAGAND, 1998). Malgré la prédominance du matériel d'origine lagonaire (calcite, calcitemagnésienne, aragonite), les compositions sédimentaires expriment généralement une double origineet les diffractogrammes montrent conjointement la présence de minéraux détritiques carbonatés etterrigènes (quartz, goethite, antigorite, kaolinite, talc ... ). Cette double origine est d'autant plusmarquée dans la baie de Boulari (stations B 08, B II et B 19) ou les fractions résiduelles et réductiblesreprésentent de 24 à 34% du sédiment total, contre 13-14% pour les échantillons (stations A 01 et P06) prélevés au droit de l'embouchure de la rivière Les Pirogues. Les cartes sédimentologiques dulagon sud-ouest (DUGAS & DEBENAY, 1982) révèlent également l'association importante de sablesfins calcaires (coquilliers et coralliens) avec des lutites d'origine siliceuse (particules terrigènes) dansles dépôts vaso-sableux rencontrés dans les baies ouvertes du littoral, et à proximité des embouchures.

Soumise à l'influence directe de la rivière La Coulée, il est toutefois vraisemblable que la baiede Boulari puisse également recevoir et accumuler du matériel terrigène fin drainé en aval par lari vière Les pirogues. Le gradient croissant d'influence terrigène que l'on peut constater de la stationP06, au droit de l'embouchure des Pirogues, à la station B 08, dans la partie interne de la baie, semblecoïncider avec les conditions hydrodynamiques, à savoir l'existence d'un courant côtier dominantorienté vers le nord-ouest (DOUILLET, 1998). Cette hypothèse de transport des phases minérales par lescourants côtiers a également été proposée par BREAU (1998) et CABON et al. (1998) pour démontrerl'influence des rivières La Coulée et Les Pirogues sur les dépôts de matériel détritique terrigène dansla baie de Sainte-Marie au cours du dernier siècle. Les différents rapports de métaux utilisés dans lecadre de cette étude permettent difficilement de distinguer des signatures géochimiques propres pourchacun des émissaires. Une telle distinction permettrait de confirmer cette hypothèse et d'évaluerl'influence relative de chacun des émissaires sur les dépôts.

Malgré la décroissance progressive observée dans l'évolution des rapports géochimiques etdes concentrations relatives des métaux, l'influence terrigène se fait encore durablement sentir, touteproportion gardée, dans les stations (A 03, A 18 et A 14) localisées à l'intérieur de la vallée sousmarine ou canyon, connecté à la passe de Boulari. Les valeurs (rapports ou les concentrationsrelatives) sont largement supérieures à celles enregistrées dans la station P 10, localisée à l'extrèmesud-est du lagon. Cette station se situe dans une zone soumise exclusivement à des apports lagonaireset océaniques, et pour cette raison, sert de référentiel ou de ligne de base en terme d'apports détritiquesterrigènes. Il s'avère donc que les échantillons du canyon de Boulari semblent montrer la présence de

28


29

Figure 9 - Courants de surface et de fond induit par un vent d'orientation sud-est (110°) d'intensitélOm.s- 1 (Douillet, 1998).Figure 9 - Bottom and surface currents with south- west wind (110°) (lntensity 10 m.s' I

) (DOUILLET, 1998).

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-22°15'

A l'instar des deux émissaires cités précédemment, la nVlere Dumbéa participe à lasédimentation terrigène en milieu côtier. Toutefois, à la différence des deux cas précédents, l'influencedes apports détritiques terrigènes semble se confiner à une zone beaucoup plus restreinte, occupantprincipalement la baie de Dumbéa. En effet, les échantillons collectés respectivement en milieu et ensortie de baie montrent une transition relativement marquée dans la composition du matérielsédimentaire (diminution des rapports et des concentrations, diminution de la fraction résiduelle), cequi traduit une forte et rapide diminution de l'influence terrigène, à partir de l'embouchure; ladiminution de l'influence des apports terrigènes déversés par les rivières La Coulée et Les Pirogues endirection du large montre un gradient beaucoup plus progressif. Cette différence peut éventuellements'expliquer par les conditions hydrodynamiques locales, la quantité et la qualité des apports terrigènesde chaque émissaire et le mode de fonctionnement des bassins versants drainés par les trois rivières.

-22°20'

-22°10'

matériel terrigène. AI' instar des baies ou vertes, les zones de dépression interne se caractérisent pardes dépôts vaso-sableux (gris beige à gris-vert) correspondant à des sables fins (coquilliers etcoralliens) et lutites siliceuses associés à des proportions variables suivant le site considéré (DUGAS ETDEBENAY, 1982). La fraction de lutites d'origine terrigène peut représenter jusqu'à 30% du sédimenttotal, mais reste généralement plus proche de 10% (DEBENAY, 1985), Ce matériel sédimentaireprésente en fait une origine mixte. L'influence récifale est largement prédominante (> 90% dans le casde la fraction fine), au détriment du matériel fin d'origine terrigène totalement «masqué» parl'énorme prédominance des sédiments thalassogènes (DEBENAY, 1985). La courantologie de la zone(courant dominant de direction nord-ouest) (DOUILLET, 1998) n'explique pas la présence aussidéveloppée de matériel terrigène dans ce secteur du lagon. Le développement de crues exceptionnelleslors des cyclones pourraient suffire à entrainer et déposer des quantités importantes de matériel finterrigène issu du lessivage des bassins versants, jusque dans les anciennes vallées sous-marines(RICHER DE FORGES et al., 1987). Bien qu'aucune mesure directe ne permette d'estimer la part dematériel terrigène atteignant le lagon au cours de ces périodes exceptionnelles, diverses observationssur le terrain attestent de ces apports et de ces dépôts de sédiment fin et ultrafin terrigène dans lesdépressions internes (DEBENAY, 1985).

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Les rivières La Coulée et Les Pirogues se caractérisent par des bassins versants particulièrementdénudés, dont la conséquence est un lessivage intense des sols latéritiques (FERNANDEZ, corn. Pers.).L'absence de plaine deltaïque et la faible présence de mangroves au droit de l'embouchure de ces deuxémissaires renforcent également l'hypothèse d'un déversement accru de matériel terrigène lixivié dansle lagon, à l'inverse de la rivière Dumbéa dont le cours traverse une plaine alluviale et débouche surune baie particulièrement abritée. Les dépressions latérales du delta provoque à elles seules lasédimentation d'au moins trois quarts des suspensions ou charges solides apportées par la rivière(BALTZER & TRESCASES, 1971). La végétation à système racinaire, relativement dense, des maraismaritimes et des mangroves, constituent un autre relais de dépôt auquel peu de particules échappent(BALTZER & TRESCASES, 1971). D'après BALTZER & TRESCASES (1971), outre les particulesultrafines qui peuvent échapper au piégeage de la mangrove et du delta, les apports détritiquesterrigènes dans le domaine lagonaire correspondent à des sédiments « fossiles» arrachés par érosionaux berges du chenal deltaïque, en cours de divagation. L'ensemble de ces observations et lesdifférents résultats obtenus semblent donc confirmer un apport détritique terrigène plus limité par larivière Dumbéa par rapport aux deux autres émissaires.

Les conditions hydrodynamiques locales renforcent cette idée de restriction ou limitation desapports terrigènes par la Dumbéa dans le lagon. Sous l'action du régime des alizés (conditions devents les plus fréquemment rencontrées), les observations terrains montrent des courants de fond et desurface relativement faibles, de l'ordre du cm.s· 1 (DOUILLET, 1998) dont l'action sur le transport et laremobilisation des sédiments semblent limitée. La baie de Dumbéa, et particulièrement la zonedeltaïque constitue vraisemblablement une zone d'envasement ou d'accumulations de sédiments, dontl'exportation dans le domaine lagonaire, paraît limité en dehors de conditions de fortes crues(cyclone).

L'influence plus faible, en terme d'apports particulaires terrigènes, de la rivière La Dumbéa,comparativement aux deux autres émissaires est démontrée dans les différentes stations étudiées ensortie de baie (station M 06, M 22 et M 30) pour lesquelles la majorité des rapports géochimiques etconcentrations relatives en métaux terrigènes, sont les plus faibles enregistrées sur l'ensemble deséchantillons du lagon (excepté pour la station référentiel PlO). Certains rapports (Co/Cu, Mn/Cu etNi/Cu) parfois relativement proches de ceux de la station P 10, semblent traduire une prédominance dela source lagonaire dans les stations M 06, M 30 et M 15 et la station M 22 pourtant soumis à l'actiondu courant de sortie de baie d'intensité modérée: L'hypothèse d'une absence de dépôt terrigèneimportant consécutivement à l'action de forts courants ne semble donc pas pleinement envisageable.La station M 15, localisée dans le canyon de Dumbéa, présente une influence marine importante,comme l'atteste la plupart des résultats analytiques, mais ne montre pas une absence totale de matérielterrigène. Les canyons de Dumbéa et de Boulari, présentent les mêmes caractéristiques, à savoir desdépôts de lutites siliceuses terrigènes associés à des sables fins calcaires; Les différences observéesentre les deux canyons peuvent être attribuées à une différence soit dans la qualité, soit dans laquantité de matériel détritique terrigène fin déposé.

La station P 09 présente des caractéristiques particulières. En effet, bien que placé en retraitpar rapport au trait de côte, les valeurs des rapports géochimiques et de concentrations relatives desmétaux terrigènes sont sensiblement proches de celles observées dans les stations situées sur la frangelittorale, et plus précisément, en baie de Boulari. Ces résultats sont en concordance avec des travauxréalisés par CABaN & FERNANDEZ sur le même matériel sédimentaire qui révèlent des teneurs enmétaux lourds relativement élevées dans les différentes phases géochimiques du sédiment. Cesrésultats semblent indiquer une influence terrigène, autre que les émissaires La Coulée et LesPirogues. Les calculs issus de la modélisation hydrodynamique permettent de supposer qu'uneinfluence potentielle de l'île Ouen et du sud de la Grande Terre peut être envisageable. La présence deforts courants dans le canal Woodin et l'érosion mécanique du substrat rocheux pourraient s'avérersuffisants pour expliquer l'origine et le transport du matériel particulaire arraché qui viendrait ensuitese déposer au sud-ouest de l'He Ouen. Cette hypothèse est basée sur des résultats obtenus sur unéchantillon unique et nécessite une étude complémentaire sur d'autres échantillons localisés dans lemême secteur, et sur l'ile Ouen, voire la baie de Prony.

30


IV. MATERIEL PARTICULAIRE COLLECTE PAR LES PIEGES A SEDIMENTS

IV.I. FLUX DE MASSE

Les flux verticaux particulaires sont estimés à partir des masses de matériel collecté dans lesgodets des pièges à sédiments séquentiels, de la surface de ces mêmes pièges et du nombre de jours decollecte par godet. Le calcul est le suivant:

Flux (mg/m2/j) = Masse (mg) 1(surface d'ouverture * nbre de jours de collecte par godets)

Les flux calculés pour chaque piège ont une telle disparité que l'établissement de valeursmoyennes n'a aucune signification. L'objectif de la détermination des flux verticaux particulaires enhaute fréquence est l'identification des phénomènes responsables du transfert de matériel ensuspension, et non l'évaluation du flux moyen particulaire, qui nécessite une période de collecte pluslarge avec des pas d'échantillonnage plus importants. Lors de la période de collecte, les paramètresenvironnementaux enregistrés montrent que les conditions de fonctionnement efficace des appareils deprélèvement ont été respectées, notamment vis-à-vis des courants dont l'intensité était inférieure à 30cm.s- I (valeur limite placée à 40 cm.s- I dans le cas des zones peu profondes). Les résultats sontprésentés sur la figure 10 et dans le tableau 3.

Tableau 3 - Evolution des flux verticaux nets de masse particulaire totale (mg/m2/j) dans les trois pièges àparticules séquentiels immergés dans la baie de Dumbéa, et les canyons de Dumbéa et Vitoé.

Flux verticaux nets de masse particulaire totale (mglm2/j)

U'PPS4/3 CD b'PPS4/3 CPPS4/3 B . D b'dIldates e co . ecte 20 ets me um ea anyon um ea anyon Itoe19/03 au 21/03 1 2244 4020 57621/03 au 23/03 2 3864 10200 37223/03 au 25/03 3 1116 10068 270025/03 au 27/03 4 912 2040 85227/03 au 29/03 5 12084 1380 32429/03 au 31/03 6 6480 1224 30031/03 au 02/04 7 1164 1680 43202/04 au 04/04 8 852 11736 42004/04 au 06/04 9 768 8436 28806/04 au 08/04 10 17928 19524 22808/04 au 10104 Il 26328 20208 400810104 au 12/04 12 1644 28008 13500

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( 1 IV.I.I. Piège PPS4/3 de la baie de Dumbéa.

Les valeurs de flux verticaux particulaires s'échelonnent entre 672 et 26 328 mg/m2/j, etdévoilent un profil d'évolution temporelle des flux en « dents de scie» (Figure 10). On distingue deuxpériodes de flux relativement faibles « 5000 mg/m2/j) du 19/03 au 27/03 (godets 1 à 4) et du 31/03 au06/04 (godets 7 à 9) entrecoupées par deux phases de collecte importante du 27 au 31/03 (godets 5 et6) et surtout, du 06 au 10/04 (godets 10 et Il) ou le flux atteint 26 328 mg/m2/j. Pour ces deuxdernières périodes, l'augmentation, comme la diminution, des flux se fait relativement brutalement etle profil ne montre pas d'épisodes de transition progressive. Par contre, au début de la période decollecte, le profil dévoile une croissance ponctuelle du flux (godets 2), beaucoup moins intense quecelles citées précédemment.

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___ PPS4/3 Baie Dumbéa

N° de godets - Période du 19.03.1999 au 12.04.1999

Figure 10 - Evolution des flux verticaux nets de masse particulaire totale dans les pièges à sédiments.Figure 10 -Evolution ofverticalfluxes oftotal particulate matter weight in sediments traps.

........ PPS4/3 Canyon Dumbéa

........ PPS4/3 Canyon Uitoé

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IV.1.2. Piège du canyon de la Dumhéa

Les valeurs de flux verticaux particulaires estimées dans le canyon de la Dumbéa apparaissentglobalement plus élevées que celles déduites des échantillons de la baie, excepté pour la périodecomprise entre le 27 et le 31/03 (godets 5 et 6), ou les masses récoltées en baie de Dumbéa sont plusimportantes (figure 10). Les valeurs sont comprises entre 1224 et 28 008 mg/m2/j. On retrouve latendance du profil en «dents de scie» observée dans le schéma précédent, mais avec quelquesvariations en ce qui concerne l'intensité des variations et les périodes considérées. En effet, le profil dela baie de Dumbéa montre une seule période de flux relativement faible (godets 4 à 7), encadrée pardes phases de collecte plus importantes correspondant à des flux pouvant dépasser 25 000 mg/m2/j. Lacroissance et décroissance des flux se font de manière plus progressives par rapport aux variationsobservées en baie de Dumbéa, et montrent des phases transitoires, se traduisant par des courbes enescaliers (Figure ). Comparativement à la baie, le canyon de Dumbéa a reçu durant les 8 premiersjours jusqu'à trois fois plus de matériel particulaire (pic à 10 200 mg/m2/j). AI' inverse, la période deflux élevés rencontrée du 27 au 31/03 (godet 5 et 6) dans la baie, est absente dans le profil du canyon.Cependant, l'initiation de la phase de forte augmentation des flux observée en fin de période decollecte semble plus précoce et progressive dans la zone du canyon, avec des valeurs de même ordrede grandeur (valeur maximale estimée à 28 008 mg/m2/j).

IV.1.3. Piège du canyon de Viloé

Sur l'ensemble des trois pièges PPS4/3 immergés dans le lagon, les valeurs de flux verticauxparticulaires estimées dans les échantillons du canyon de Uitoé, sont les plus faibles observées (figure10). Exceptés pour trois échantillons, les valeurs de flux sont toutes inférieures à 1000 mg/m2/j. Lagamme de valeurs comprise entre 228 et 13 500 mg/m2/j ne reflète donc pas réellement la majoritédes masses collectées sur l'ensemble des godets du piège. De même, le profil d'évolution temporellene montre pas la tendance observée sur les deux pièges précédents alternant les périodes de fortecroissance et décroissance des flux. On distingue seulement une augmentation relativement brève duflux en fin de période de collecte, à partir du 08/04 (godets Il et 12), ou les valeurs montent de 228 à13 500 mg/m2/j, tendance également observée pour les deux autres sites. Une légère variation du fluxau début de la période de collecte (godet 3 du 23 au 25/03) avec un pic à 2700 mg/m2/j, est égalementobservable.

IV. 1.4. Comparaison avec les résultats 1998.

Par souci d'homogénéité et en vue de comparaisons des résultats, les pièges à particulesséquentiels ont été immergés sur les mêmes stations que l'année dernière, mais couvrant une périodede collecte différente (MAGAND, 1998). Le déploiement des pièges a été effectué du 29/05 au22/06/1998, correspondant au début de la saison fraiche, période au cours de laquelle les précipitationspeuvent occasionnellement s'avérer relativement fortes. Les comparaisons des deux séries de donnéespermettent déjà les constatations suivantes:

• Les valeurs de flux verticaux particulaires enregistrées l'année dernière sont globalement plusélevées, et ce pour les trois pièges, sur l'ensemble de la période de collecte,

• L'évolution temporelle des flux dévoile une tendance analogue, soit des profils en «dents descie », témoignant de successions de croissance et décroissance brutales de flux, à quelquesexceptions près. Toutefois, les phases d'augmentation et diminution de flux, pour les trois stations,semblent moins en phase cette année. On constate effectivement des décalages temporels dansl'évolution des flux; décalages probablement liés aux temps de réponse nécessaire au milieu faceaux conditions météorologiques,

• Les tendances individuelles des stations, les unes par rapport aux autres, sont égalementconservées, à savoir des valeurs de flux verticaux particulaires globalement plus élevées pour leséchantillons du canyon de Dumbéa, des valeurs relativement faibles pour le canyon de Uitoé etdes flux intermédiaires en milieu de baie de Dumbéa.

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IV.Z. COMPOSANTE PLANCTONIQUE ET OBSERVATIONS

Les résultats extraits du tri des organismes planctoniques «nageurs ou actifs» (swimmers)dans les godets collecteurs des trois pièges sont qualitatifs et semi-quantitatifs, et se limitent à unrépertoire des différentes familles rencontrées et une estimation de leur importance. Ces données sontégalement comparées avec la composante planctonique observée sur les échantillons des missionsprécédentes (MAGAND, 1998).

Une dizaine de groupes d'organismes planctoniques et benthiques actifs différents ont étérecensés, pour la plupart déjà observés l'année dernière. Les espèces du genre créseis (famille desCavolinidae) constituent les organismes systématiquement rencontrés, à des niveaux de densité divers,dans les échantillons et représentent la majorité des « swimmers ». Des annélides polychètes (familledes Nereiidae), des arthropodes (ordre des Euphausiacées, Mysidacées, et quelques gastéropodes de lasous-classe des ostracodes), et quelques poissons (taille centimètrique) ont été également recensés,mais en quantités plus faibles par rapport à l'année dernière. Ils apparaissent sporadiquement et demanière discontinue sur un tiers des godets collecteurs. Quelques crabes, méduses, en nombre trèsrestreint apparaissent dans certains échantillons et ont été également retirés des godets.

IV.3. METEOROLOGIE ET COlJRANTOLOGIE DU LAGON SUD-OUEST

IV.3.J. Enregistrements météorologiques

Par souci de compréhension au niveau de la lecture graphique, les données de vent (directionset intensités) enregistrées ont subi une rotation de 90° à l'ouest par rapport aux donnéescourantologiques. L'ensemble de ces données est présenté sur la figure Il.

Les enregistrements de la station météorologique de l'IRD, localisée à l'îlot Maître (en face dela presqu'île de Nouméa) sont caractéristiques des conditions régnant dans le sud du lagon, de la côte àla barrière récifale. Les conditions météorologiques enregistrées à l'îlot Maître au cours de la périodede collecte, sont relativement similaires à celles observées à la station MétéoFrance du phare Amédée.Pour cette raison, les données de cette dernière station ne sont pas reportées sur le graphique.

Le sud du lagon est principalement soumis au régime des Alizés (direction sud-est), dontl'exposition est sensible sur presque toute la période de collecte, du 20 au 28/03, du 30/03 au 06/04, etdu 09 au 12/04, soit 20 jours au total. Des vents d'orientation sud-ouest, moins intenses et moinsconstants, remplacent périodiquement le régime des Alizés, du 29 au 30/03, et du 07 au 08/04 inclus.Par opposition avec l'année dernière, les données de vent ne montrent pas l'exposition de «forts coupsde vent d'ouest », généralement très intenses et dont les conséquences sur les processus de remise ensuspension ne sont pas négligeables (MAGAND, 1998). Les vents enregistrés à la stationmétéorologique de l'îlot Maître atteignent une vitesse maximale de 9.5 m.s· 1 (18.5 nœuds ou 34.3km.h' I

), et plus de 50% de l'enregistrement présente une intensité supérieure à 5 m.s·1 (9.7 nœuds ou18 km.h

OI). Les vents observés à la station du phare Amédée soufflent, en moyenne, à des vitesses

supérieures à 6.2 m.s·1 (12 nœuds ou 22.2 km.h· l) avec un maximum à 12.9 m.s· l (25 nœuds ou 46.3

km.hOI

).

La pluviométrie enregistrée au cours de la période de collecte par les services de MétéoFrance(station de Tontouta, Nouméa et phare Amédé) est mise en parallèle avec l'évolution des fluxverticaux nets de masse particulaire totale (figure 10). A quelques exceptions près, les précipitationscollectées dans les trois stations montrent une distribution très irrégulière sur l'ensemble de la périodede mouillage, mais des tendances relativement proches d'une station à l'autre, en terme de répartition,durée et intensité. Les précipitations se concentrent exclusivement sur deux périodes relativementcourtes. du 25 au 29/03, et du 06 au 12/04/1999, soit 10 jours au total. Les précipitations sontquasiment inexistantes « 2 mm en 24 heures) les jours restant. Les deux périodes de précipitationsintenses sont typiques des régions tropicales, ou on observe un maxima pluviométrique, obtenu enmoins de 24 heures. Pour la première période (25 au 29/03), les précipitations s'échelonnent de 0.2 à25.5 mm en 48 heures, contre 0.4 à 74.1 mm du 06 au 12/04. La seconde période présente les plus

34

12avril 1999

1 17

avril

10 cm/s

10 cm/s

10 cm/s

2avril

1 128mars

1 1

166°20'

23mars

1 1

166°10'

1 PPS4/J Canyon de Uitoé

2 PPS4/J Baie de Dumbéa

3 PPS4/J Canyon de Dumbéa

Station météorologique IRD

18mars 1999

1 - Canyon Uitoe

10 mIs4 - Station météorologique 1RD - ilôt Maître

2 - Baie Dumbéa

1 1

UJ

z~

Figure 11 - Evolution temporelle des vents et courants dans les trois stations de collecte du matériel particulaire.

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fortes précipitations pour l'ensemble des trois stations, et les valeurs maximales sont enregistrées dansla station de Nouméa, et ce, pendant toute la durée d'action des dépressions.

IV.3.2. Mesures courantologiques

Les données de courantométrie enregistrées (fréquence de mesure réglée à 10 mn) par lescourantomètres Aanderaa RCM 7 ont subi un lissage sur une période de 48 heures, par l'intermédiairede filtres mathématiques (DOUILLET, corn. Pers.), afin que les mesures soient compatibles avec lesrésultats obtenus dans les pièges à particules séquentiels PPS4/3. Ce procédé permet d'éliminer lamajorité des bruits de fond enregistrés et les données (courant de marée) caractérisées par desfréquences d'enregistrement supérieures à la période bi-journalière de collecte du matériel particulaire,soit 48 heures. Les courants ainsi traités sont la somme des courants induits par les vents (sansinfluence des courants de marée) et de la résiduelle eulérienne de marée. La résiduelle eulérienne, quicorrespond à l'intégration des courants sur un cycle de marée, se caractérise généralement par uneinfluence relativement limitée sur l'intensité du courant. DOUILLET (1998) donne des valeurs del'ordre de O.OIm.s- l

, voire 0.03 m.s- I au maximum, ce qui représente moins de 10% de l'intensitéglobale des courants généralement observés. Les données traitées sont synthétisées et présentées sur lafigure Il.

Les courants observés pour l'ensemble des trois stations d'études (baie de Dumbéa, canyon deDumbéa et Uitoé) montrent une forte variabilité d'une zone à l'autre. De même, au sein de chaque site,la variabilité temporelle est très importante.

• La station du canyon de Uitoé présente des courants irréguliers et intenses. Un courantd'orientation nord-est (courant rentrant dans le lagon) domine sur une période d'une quinzaine dejours, sous l'action de vents soufflant du sud-ouest et du sud sud-est. Ces vents se révèlent moinsintenses que le régime des alizés. Ce dernier, présent dans la zone pour le reste de la période decollecte, pousse les masses d'eau de surface vers le nord-ouest, soit dans le secteur Nord du lagon(canal et passes de Saint-Vincent), soit directement hors du lagon à travers la passe de Uitoé. Cecourant est plus intense que le précédent et correspond aux périodes de forte action des alizés. Ilfaut également noter que l'orientation des courants, et particulièrement lors de l'action des fortsalizés, est également guidée par la morphologie de la côte, relativement proche de la stationd'étude. La vitesse maximale de courant, observée sous l'action des alizés, s'élève à 8.9 cm.s- 1

, et3% des courants montrent des valeurs inférieures à 2 cm.s- 1

•

• Le courant défini dans la baie de Dumbéa se révèle plus régulier, mais moins intense. Le courantdominant, conséquence de l'action du régime des alizés, présente une orientation générale nordnord-est (courant rentrant dans la baie) et agit sur une période relativement longue (18 jours autotal). La rotation progressive du vent, de direction est à sud-est, entraîne visiblement uneréorientation du courant (toujours rentrant) qui passe de nord à nord-est. Des courants de directionnord-ouest (rentrant) et sud-ouest (sortant) se mettent en place les jours restant (6 jours au total)sous l'influence respective de vent d'orientation sud-est et sud sud-ouest. Les intensités de courantobservées sont plus faibles que celles enregistrées pour un alizé de sud-est. L'intensité maximaleobservée atteint 5.3 cm.s- I

, et coïncide avec la vitesse maximale des alizés, de l'ordre de 9.5 m.s- I.

A la différence des enregistrements précédents, 49% des courants enregistrés dans la baie deDumbéa présente des valeurs inférieures à 2 cm.s- I

. Les valeurs répertoriées sont les plus faiblesobservées pour l'ensemble des trois zones considérées.

• L'enregistrement courantométrique de la station du canyon de Dumbéa dévoile deux trainsprincipaux de courants. Le courant dominant, d'orientation nord nord-ouest (en direction de lapasse de Uitoé) se met en place pendant une période d'une quinzaine de jours, sous l'action durégime des alizés. La rotation progressive des vents du régime sud-est à sud-ouest, associée à unebaisse de leur intensité, entraîne une inversion du courant. Un courant d'orientation sud-ouest(courant sortant par la passe de Dumbéa) agit effectivement sur deux périodes relativementcourtes, du 26 au 30/03 et du 07 au 10/04/1999 (8 jours au total). Ces deux périodes se distinguent

36

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par de grandes variations dans l'intensité du courant sud-ouest. L'action d'un vent de directionsud-ouest légèrement plus intense et régulier du 07 au 10/0411999 peut expliquer cette distinction.Il faut également noter la fin de l'action d'un vent d'ouest, au début de la période de collecte, dontla conséquence est la mise en place d'un très faible courant de direction nord-ouest. Les intensitésde courant enregistrées dans le canyon de Dumbéa sont les plus fortes observées sur l'ensembledes trois zones. L'intensité maximale est de l'ordre de 18.7 cm.s", et 17% des valeurs de courantssont inférieures à 2 cm.s· l

.

IV.4. ANALYSE GEOCHIMIQUE ET EVOLUTION SPATIOTEMPORELLE DES RAPPORTS

IV.4.1. Piège PPS4/3 de la baie de Dumbéa

Le matériel particulaire collecté en baie de Dumbéa présente une composition carbonatée(fraction acido-soluble) et organique (fraction oxydable) importante. Les pertes de masse occasionnéeslors des attaques successives de ces deux fractions s'échelonnent de 61 à 83%. L'attaque des fractionsréductibles et résiduelles semble totale, dans le sens ou aucun résidu réfractaire, du moins dans lalimite du quantifiable, n'est observé, et ce, sur l'ensemble des échantillons. Les phases sédimentairesconstitutives des oxydes et des composés minéralogiques réfractaires représentent donc de 17 à 38,9%des échantillons. Il faut noter la forte disparité des valeurs et surtout une augmentation de la proportiondes fractions réductibles et résiduelles corrélée à une croissance des flux verticaux nets (godets A 01+A 02, A 05, A 10 et A 11) (figure 10).

La majorité des rapports de concentration présente des valeurs individuelles relativementconstantes sur toute la durée de la collecte (figure 12a). Seuls les rapports utilisant le strontium commeélément normalisateur montrent des variations importantes, de 20,6 à 26% (Co/Sr, V/Sr et Ni/Sr). Lesvariations des rapports Fe/Ni, NilMn, Ni/Cu, Mn/Cu et Co/Cu restent bonnes et acceptables et sontestimées entre 2,8 (FelNi) et 12,2% (Ni/Cu). Cette tendance générale, à savoir une relative constancede la plupart des rapports géochirniques, pourraient traduire une origine similaire du matérielparticulaire collecté sur l'ensemble de la période. Par ailleurs, les concentrations relatives des métauxd'origine terrigène dévoile également de grandes similarités d'un échantillon à l'autre, excepté pourles échantillons A 03 et A 09 pour lesquels toutes les teneurs sont systématiquement supérieures. Ilfaut cependant noter que pour ces deux échantillons, la digestion totale a été appliquée sur des massesparticulaires faibles, voire très faibles de 10 mg (A 09) et 34 mg (A 03) (cf Chap. IV paragraphe 11.3.).

IV, 4.2. Piège PPS4/3 du canyon de Dumbéa

La composition sédimentaire des échantillons particulaires piégés dans le canyon de Dumbéa,se différencie distinctement de celle observée dans le piège immergé dans la baie (figure 12b). Laproportion des phases réductibles et résiduelles est beaucoup plus faible et reste relativement constanted'un échantillon à l'autre, montrant une certaine homogénéité dans la composition sédimentaire, parcouple de phases. Les pertes de masses pour les phases oxydables et acido-solubles sont comprisesentre 91 et 96% soulignant le caractère plus carbonaté de ce matériel particulaire, comparativementaux échantillons collectés dans la baie de Dumbéa.. Par analogie avec les échantillons de baie, il nesubsiste aucun résidu à la suite de la digestion par acides forts.

La tendance générale, observée dans les échantillons de la baie, à savoir une relative constancedes rapports géochimiques, est également constatée sur le matériel particulaire du canyon. Lesvariations relatives d'un échantillon à l'autre sont d'un ordre de grandeur similaire, et s'échelonnentde 3,3 (Fe/Ni) à 11,6% (Mn/Cu). Par contre, les rapports Co/Sr, V/Sr et Ni/Sr sont extrêmementvariables d'un godet à un autre (59,9 à 63,2%) influencés par le strontium qui présente une grandevariabilité dans les concentrations mesurées. Toutefois, le matériel particulaire piégé dans le canyonde Dumbéa possède des caractéristiques géochimiques relativement proches d'un échantillon à l'autre,ce qui suggère une origine similaire pour l'ensemble des échantillons dont la source diffère de cellequi alimente la baie de Dumbéa. Mis à part pour le rapport FelNi, les rapports qui utilisent les métauxterrigènes comme dénominateurs, permettent de mettre en évidence une moindre influence terrigèneau niveau du canyon de Dumbéa. L'analyse des concentrations relatives confirme cet état de fait, àsavoir des valeurs plus faibles par rapport aux concentrations estimées sur le matériel particulaire de la

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-Fe/Ni

-Mn/Cu

-Co/Sr

-Fe/Ni

-Mn/Cu

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N° des godets - période du 19.03.1999 au 12.04.1999

65

Rapports 55

FelNi 45Mn/Cu

N° de godets - période du 19.03.1999 au 12.04.1999

Figure 12b - Evolution temporelle des rapports géochimiques dans lematériel particulaire collecté dans le canyon de Dumbéa

0, la

Figure 12c • Evolution temporelle des rapports géochimiques dans lematériel particulaire collecté dans le canyon de Uitoé

35

25

Figure 12a - Evolution temporelle des rapports géochimiques dans lesmatériel particulaire colJecté en baie de Dumbéa.

45 1.50

40Rapports Rapports

FelNi 35 Co/SrMn/Cu 1.00

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Rapports 30FelNi 25

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baie. L'élément strontium, par opposition, montre une forte augmentation de la concentration relative,ce qui traduit la prédominance de l'influence marine. Enfin, il convient de noter que la procédure dedigestion totale a été appliquée sur des quantités particulaires faibles (41 à 96 mg) mais suffisantespour garantir des résultats analytiques acceptables.

IV.4.3. Piège PPS4/3 du canyon de Uitoé

Il faut rappeler que les valeurs de flux verticaux particulaires estimées dans les échantillons ducanyon de Uitoé, sont les plus faibles observées sur l'ensemble des stations de collecte (figure 12c).Pour des raisons analytiques, certains échantillons ont du être regroupés afin de bénéficier de quantitésparticulaires suffisamment importantes pour le traitement. Le regroupement des échantillons s'estétabli en fonction des critères environnementaux observés au cours de la collecte, à savoir les mesuresmétéorologiques et les enregistrements courantologiques. Ces regroupements induisent commehypothèse que les échantillons mélangés présentent une origine similaire pour le matériel particulaire.Le matériel particulaire collecté dans le piège à sédiments du canyon de Uitoé présente une répartitiondes fractions sédimentaires sensiblement proche de celle observée dans les échantillons du canyon deDumbéa. Les pertes de masse estimées pour les phases oxydables et acido-solubles s'échelonnenteffectivement de 86 à 93% (contre 91 à 96% pour le canyon de Dumbéa). Des analysesminéralogiques et géochimiques (analyse du carbone total, organique et minérale) sur des échantillonsprélevés par pièges à sédiments dans les mêmes secteurs, et pour des conditions météorologiquessensiblement analogues, soulignent effectivement le caractère carbonaté (minéraux détritiquesbioclastiques avec la calcite, calcite magnésienne et l'aragonite) du matériel particulaire collecté dansles canyons de Dumbéa et Uitoé (MAGAND, 1998). Le matériel particulaire constitutif des fractionsréductibles et résiduelles est totalement digéré à la suite des différentes attaques sélectives de laprocédure d'extractions.

L'évolution temporelle des rapports géochimiques ainsi que les concentrations relativesdévoilent, par contre, une tendance générale dans l'évolution temporelle, différente des deux casprécédents. On constate effectivement une forte disparité d'un échantillon à l'autre (15,1 à 34,6% pourles rapports Fe/Ni, Ni/Mn, Ni/Cu, Mn/Cu et Co/Cu). Les rapports normalisés avec le strontiummontrent les plus fortes variations observées sur l'ensemble des échantillons des trois pièges (58,7 à79%). La diversité des rapports pourrait indiquer une variation dans la source du matériel particulairepiégé, au cours de la période de collecte. Toutefois, l'étape de digestion totale ayant été appliquée surdes quantités relativement faibles de matériel (19, 6? et 37mg), excepté pour l'échantillon C 12 (142mg), les résultats analytiques ne représentent qu'une relative représentativité des teneurs.

lV.S. DISCUSSION

Les précipitations enregistrées sur le territoire au cours de la période de collecte, ne semblentpas suffisamment intenses d'une part et fréquentes d'autre part, pour entraîner un déversementimportant de matériel terrigène fin dans le domaine lagonaire dont les effets puissent se faire sentir àplusieurs milles de la côte (récif barrière, arrière récif, plateau externe et canyons sous-marins).Plusieurs auteurs s'accordent à dire que, en dehors des périodes de dépressions cyclonique et de fortesprécipitations, les eaux lagonaires transportent des quantités relativement faibles de particulesterrigènes (LAUNAY, 1972; BALTZER & TRESCASES, 1971). Cette constatation, applicable pour lestrois émissaires se déversant dans le lagon sud-ouest, est particulièrement vérifiable pour la rivièreDumbéa. Au cours de la période de collecte, un apport minimum de matériel fin essentiellement auniveau des rivières La Coulée et Les pirogues n'est pas totalement à exclure, malgré la faiblesse desprécipitations observées. Le cas échéant, ce matériel est vraisemblablement repris par les courants lelong de la bande côtière (DOUILLET, 1998) et fortement dilué, donc difficilement estimable.

Le matériel particulaire collecté dans les pièges PPS4/3 semble donc provenirvraisemblablement de sources annexes et multiples, autres que les principaux émissaires. Lors d'uneétude sur la sédimentation du matériel particulaire dans le lagon sud-ouest en 1986-1987, CLAVIER etal. (1995) montre l'importance du phénomène de remise en suspension du matériel benthique. IIestime que la proportion de matériel resuspendu collecté dans les pièges à sédiments représente

39

1

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jusqu'à 80 à 90% de la masse totale des échantillons. Le processus de remise en suspension,fréquemment observé dans les milieux côtiers à faible profondeur, peut devenir important (selon lesubstrat considéré) sous l'action de courants, induit par les vents, dont les intensités atteignent etdépassent 10 cm.s· 1 (DE lONGE & VAN DER BERGS, 1987). En cas de forts courants (action des« coups de vent d'ouest »), la remise en suspension du matériel sédimentaire peut aisément s'appliquersur toute la colonne d'eau (CHEVILLON, com. Pers.). Toutefois, même sous des conditionsmétéorologiques relativement calmes avec des courants inférieurs à 10 cm.s· l

, on observe dans certainssecteurs du lagon un néphéloïde de fond, établi sur plusieurs mètres (CLAVIER et al., 1995 ; MAGAND,1998). Ce processus dynamique implique le déplacement et la sédimentation dans la colonne d'eaud'un matériel particulaire fossile d'origine bioclastique et terrigène.

Le secteur du canyon de Dumbéa se définit comme une zone dite de «dépression interne ».

Les fonds sédimentaires observés dans ce secteur se composent de dépôts vaso-sableux correspondantà des sables fins (coquilliers et coralliens) et lutites siliceuses associés à des proportions variables,mais ou la fraction de lutites terrigènes réprésentent généralement 10% (DUGAS & DEBENAY, 1982 ;DEBENAY, 1985) (cf Chap. IV paragraphe II.2.). Les courants enregistrés dans le canyon de Dumbéaapparaissent suffisamment forts (> 10 cm.s· l

) pour entraîner la remise en suspension du matérielsédimentaire sous-jacent. Il existe donc une possibilité pour qu'une partie des éléments particulairescollectés corresponde à du matériel benthique fossile resuspendu. L'analyse comparée du matérielparticulaire collecté et du sédiment sous-jacent (échantillon M 15) montrent des résultats relativementconcordants. Les rapports géochimiques moyens enregistrés sur le matériel particulaire sonteffectivement relativement proches de ceux calculés pour le substrat benthique dont les fractionsréductibles et résiduelles sont respectivement de même ordre (10% de particules constitutives desphases réductibles et réfractaires). La similarité des résultats tendent à confirmer l'hypothèse d'uneremise en suspension importante, au niveau local: La présence d'organismes benthiques, tels que lesannélides polychètes et / ou les crabes, à l'intérieur de la plupart des godets renforce cet état de fait.

Par contre, une analyse plus détaillée des valeurs de concentrations relatives dans les deuxtypes de substrats particulaires dévoile une différence notable: excepté pour le strontium, lesconcentrations relatives en métaux enregistrées dans le matériel particulaire des pièges sontsystématiquement et largement inférieures à celles du sédiment alors que les rapports sont conservés.La sédimentation nette autochtone de matériel particulaire d'origine marine sensu stricto (organismesphytoplanctoniques comme coccolithophoridés, diatomées, dinoflagellés, copépodes ... ) pourraitexpliquer ces variations. Il est effectivement probable que le matériel remis en suspension et capté parle piège subisse une dilution des teneurs relatives dues à la présence et contribution de matériel decomposition différente qui vient entacher la « masse résiduelle terrigène ». Le groupe des diatoméesfortement représenté en terme d'individus et d'espèces (Pleurosigma sp., Amphora sp., Bacteriastrumœ., ",) (MAGAND, 1998) possède un test siliceux (Si02) difficilement attaqué lors des premièresétapes d'extractions sélectives. Les produits de dégradation de la matrice siliceuse peuvent doncconstituer une fraction non négligeable des phases résiduelles et réductibles des apports terrigènes. Parailleurs, la dissolution potentielle de ces tests, ainsi que des tests composés de sulfate de strontium etpotassium, lors de la digestion pourrait également expliquer les fortes teneurs en strontiumenregistrées dans ces échantillons.

Au niveau de la variation des flux verticaux nets de particules, il existe une corrélation étroiteentre les valeurs élevées de flux et des courants intenses (> 10 cm.s· l

) ce qui semble traduire unerelation directe entre l'action potentielle du processus de remise en suspension du matérielsédimentaire sous-jacent et la masse de matériel collecté. L'absence de remise en suspension au coursdes périodes de faibles intensités hydrodynamiques « 5 cm.s· l

) pourrait étayer cette hypothèse.L'inversion de courants enregistrée au cours des six derniers jours de collecte des échantillonss'accompagne d'une augmentation importante des flux verticaux nets et de variations légères, maisnotables dans les valeurs de certains rapports de concentrations indiquant une modification des termesen conséquence d'une rotation des courants du nord-ouest au sud-ouest.

40

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En baie de la Dumbéa, l'influence terrigène est beaucoup plus marquée que dans le canyon. Lafaible fréquence et intensité des précipitations et la présence quasi-permanente de courants rentrants,d'orientation nord-ouest à nord-est dans la baie semblent réfuter le piégeage d'un matériel particulaired'origine terrigène résultant d'un apport par la rivière La Dumbéa. Par ailleurs, les fortes croissancesobservées au niveau des flux ne paraissent pas dépendre directement de la pluviométrie locale. Lescourants enregistrés dans la baie semblent trop faibles « 5 cm.s· l

) pour générer une remise ensuspension locale du matériel sédimentaire. Cependant, les différences de signatures géochimiques(rapports des métaux et les concentrations relatives) du matériel particulaire et du sédiment sous-jacent(échantillon D 33) concourent à émettre l'hypothèse du transport d'un matériel issu d'un secteurextérieur à la baie et pris en charge par hydrodynamisme jusque dans la baie. Cette hypothèse estconfortée par la courantologie enregistrée dans la zone, qui concorde avec les résultats de calcul dumodèle de circulation. Les courants relativement intenses mesurés, qui opèrent le long de la côte, entrela presqu'île de Nouméa et l'île Nou peuvent être responsables d'une remobilisation du matérielbenthique présent dans cette zone et entraîner la fraction fine et ultra-fine de ce matériel jusque dans labaie de la Dumbéa. Un transport sélectif par hydrodynamisme pourrait expliquer l'absenced'organismes benthiques, comme les annélides polychètes ou les crabes, recensés dans les échantillonsdu canyon; les organismes benthiques remis en suspension à un niveau local rechutant rapidement surle fond. Enfin, la sédimentation autochtone in situ (cf paragraphe précédent avec le canyon deDumbéa) n'est pas à exclure dans ce piège, même si des études antérieures montrent une abondancerelative, en terme d'espèces et d'individus phytoplanctoniques, plus faible dans ce secteur d'étude(MAGAND, 1998).

Les quantités de matériel particulaire récoltées dans le piège immergé dans le canyon de Vitoéapparaissent beaucoup trop faibles pour obtenir des séries de données totalement fiables etinterprétables. Le regroupement des échantillons (cf. Chap. IV Paragraphe IV.4.3.) par série« homogène» ne s'est pas avéré suffisant pour bénéficier d'une masse particulaire satisfaisante pourles analyses expérimentales appliquées. Seul l'échantillon C 12 présente des valeurs fiables etutilisables. La réalisation d'un nouvel échantillonnage dans le canyon de Uitoé apparaît doncnécessaire.

Les apports atmosphériques peuvent potentiellement constituer une source annexe nonnégligeable de matériel particulaire. Depuis quelques années, l'atmosphère est effectivement considérécomme une source majeure de matériel à l'océan mondial profond (BERGAMETII, 1988 ; MARTIN etal., 1989; CHESTER, 1990). L'impact atmosphérique est d'autant plus conséquent dans desenvironnements marins côtiers semi-fermés ou confinés soumis à des actions anthropiquesimportantes, comme la Méditerrannée ou la Mer du Nord (MARIN, 1998). D'après BUAT-MENARD(1983), les flux atmosphériques nets à la surface marine, pour les particules de petites tailles sontprincipalement dus aux précipitations dans la majorité des zones marines. Les dépôts secs sont issus dela sédimentation de particules de grandes tailles comme les sels marins et aérosols minérals.L'atmosphère constitue donc une voie d'accès importante pour le transfert d'éléments traces, etnotamment les métaux, dans le secteur marin. Dans le cadre de la zone d'étude du lagon sud-ouest deNouvelle-Calédonie, il est relativement difficile d'estimer l'importance d'un tel apport, tant est que cetransport par voie atmosphérique soit important. Des observations qualitatives montrentindéniablement l'existence d'un transport aérien relativement important de poussières (FERNANDEZ,corn. pers.) à la suite de précipitations. Les origines de ces particules peuvent être attribuées à l'actiondu vent sur les couches latéritiques mises à nu dans les bassins versants des rivières La Coulée et LesPirogues, les dépôts de scories (résidu ferralitique et / ou manganeux) issus des activitésd'exploitation, les rejets atmosphériques du complexe industriel de la Société Le Nickel. L'hypothèsede dépôts particulaires par voie aérienne dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie n'est donc pasà exclure, mais nécessite la réalisation d'une étude expérimentale spécifique afin d'attester oud'infirmer l'influence de ce type d'apports sur la sédimentation particulaire dans le lagon.

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Chapitre V:

Conclusion générale

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Conclusion

L'approche scientifique globale appliquée au cours de ce travail de recherche et les résultatsobtenus ont permis de répondre à certains objectifs.

1 - L'emploi des rapports de concentrations relatives des métaux contenus dans les phases réductibleset résiduelles permet d'identifier et différencier nettement le matériel particulaire d'origine terrigène etmarine. La différenciation, en terme de signature géochimique des différentes sources terrigènesapparaît cependant moins évidente avec la prise en compte des seuls métaux en tant que traceurs,même si le bassin versant de La Dumbéa semble se singulariser des deux systèmes hydriques drainéspar les émissaires Les pirogues et La Coulée. Un échantillonnage plus judicieux (collecte de MES)dans le lit de ces cours d'eau, notamment en période de fortes précipitations, et l'analyse deslanthanides, voire de certains autres éléments (V, Sc ... ) devraient donc pouvoir conduire à unemeilleure discrimination de ces différentes sources terrigènes.

2 - Dans le matériel sédimentaire l'étude des rapports de concentrations des métaux, en relation avecle contexte hydrodynamique de la zone ont également permis de progresser dans la compréhension desmécanismes de transport, responsables des transferts de matière, et de sédimentation dans le lagonsud-ouest. Les signatures géochimiques et leur répartition spatiale permettent de déterminer plusieursunités sédimentaires, en connexion directe ou indirecte avec les émissaires. Chacune de ces unitéssédimentaires se caractérisent par des mécanismes de dispersion des apports terrigènes différents, enterme quai itatif et quantitatif:

• Avec un gradient d'influence décroissant vers le large, l'émissaire Les Pirogues étend ses apportsfins particulaires, sur l'ensemble du domaine lagonaire qui semble délimité à l'ancienne valléesous-marine qui conduit à la passe de Boulari. Les premières estimations obtenues avec un modèlede mélange sédimentaire (FAURE, 1987) montrent que le pourcentage de particules d'origineterrigène constitutives de la fraction réfractaire, diminue de 80% au droit de l'embouchure à 4%près de la passe.

• La baie de Boulari constitue vraisemblablement une zone privilégiée en matière de sédimentationdes particules fines terrigènes. Si près de 50% des apports terrigènes s'accumulent au droit del'embouchure, l'envasement de la côte Nord-Est de la baie se ressent jusqu'au niveau de lapresqu'île de Ouémo où la fraction réfractaire est composée d'environ 10% de particules issuesdes rivières. Dans une moindre mesure, cette influence (2-3%) a été également décelée àl'intérieur de la baie de Sainte-Marie (CABON et al., 1998). Par ailleurs et bien que soumise àl'influence directe et prédominante de la rivière La Coulée, la baie de Boulari semble égalementrecevoir et accumuler du matériel terrigène fin en provenance de l'embouchure de la rivière LesPirogues, comme le montre la signature des dépôts localisés au Sud-Ouest de la baie.

• Enfin, des mécanismes peu intenses semblent conduire à la sédimentation quasi totale des apportsparticulaires terrigènes déversés par la rivière La Dumbéa, hors périodes de crues cycloniques. Laconstruction deltaïque développée en baie fermée de Dumbéa semble, dans la fraction réfractaire,être constituée à 90% de particules terrigènes issus du bassin versant alors que les sédimentsprélevés à l'extérieur de la baie n'en contiennent systématiquement que moins de 5%.

3 - Par analogie avec les études précédentes (MAGAND et al., 1998), le suivi temporel des fluxverticaux nets de masse particulaire totale montre la prépondérance des facteurs météorologiques surla dynamique de transport particulaire et ses variations. Il met également en exergue la forte action etinfluence du phénomène de remise en suspension dans le lagon. L'emploi de radioisotopes tels que le7Be et 228 Th (isotopes de courte période de 1/2 vie) permettrait de matérialiser ce processus, voire de lequantifier.

4 - Cette étude s'est proposée de déterminer des traceurs terrigènes en travaillant sur les concentrationsrelatives des métaux dans les phases résiduelles et réductibles, en prenant comme hypothèse uneorigine principalement terrigène pour les composés oxydes. Or, il s'avère que les oxydes marinssemblent jouer un rôle non négligeable dans les phases réductibles. Une brève étude bibliographiquemontre que les phases réductibles représentent généralement une fraction relativement faible dusédiment total par rapport aux autres phases. Toutefois, leurs teneurs en certains éléments comme le

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Conclusion

fer, le manganèse, et dans une moindre mesure, le cobalt ou le cuivre est loin d'être négligeable(CHESTER & HUGUES, 1967; FERNANDEZ, 1984). Les oxydes marins peuvent donc influencerlargement la valeur des concentrations relatives utilisées pour l'étude des rapports qui permettent dedéfinir les signatures géochimiques des sources de particules. Une partie de l'information portée parles éléments strictement terrigènes peut ainsi être altérée par la présence des oxydes marins. Dans lacontinuité de cette étude, il serait intéressant de focaliser la détermination de traceurs terrigènes, quece soit avec les terres rares ou les métaux lourds, dans la phase résiduelle seule, en s'affranchissantainsi de l'influence des oxydes.

5 - Au niveau des flux particulaires, deux nouveaux suivis temporels pourraient être entrepris avecprofit. Un suivi temporel à haute fréquence pendant la saison humide pour comparer les phénomèneset conditions environnementales avec ceux de la saison fraîche et sèche au cours de laquelle s'estdéroulée cette étude. Il serait également intéressant de réaliser un suivi temporel des flux particulairesà une échelle de temps différente (cycle annuel) avec des basses fréquences d'échantillonnage dans lebut d'établir des bilans annuels et un suivi saisonnier.

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Liste des figures et tableaux

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Listes des figures et tableaux

Liste des figures:

Figure 1 - Situation géographique de la Nouvelle-Calédonie.

Figure 2 - Carte de la zone d'étude: le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie.

Figure 3 - Morphologie du lagon sud-ouest de Nouméa. 1 - Baie; 2 - Littoral; 3 - Dépression du lagoninterne: 4 - Substrat dur du lagon externe; 5 - Dune hydraulique d'arrière récif barrière; 6 - Récif barrière(d'après COUDRAY, 1975).

Figure 4 - Courants de fond et de surface induits par un vent d'orientation sud-est (110°) d'intensité 10m.s·1

dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie (DOUILLET, 1998).

Figure 5 - Carte de localisation des stations de prélèvements de sédiments et des sites de lignes de mouillageéquipées de courantomètres et de pièges à particules séquentiels dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie,immergées du 18 mars au 12 avril 1999.

Figure 6 - Schéma de la procédure d'extractions séquentielles des métaux et lanthanides dans les sédiments etles matières en suspension.

Figure 7 - Emploi du coefficient de variation (CV) calculé sur deux échantillons certifiés (BCSS 1 et SL 1) etdeux échantillons de la zone d'étude (P 10 - milieu lagonaire et B 30 - embouchure de rivière) afin d'estimer laprécision du processus analytique (répétabilité et réplicabilité), avec n correspondant au nombre de réplicats paréchantillons.

Figure 8 - Evolution spatiale des rapports géochimiques Ni/Cu et Co/Sr dans les fractions réductibles etrésiduelles des échantillons de sédiments.

Figure 9 - Courants de surface et de fond induits par un vent d'orientation sud-est (110°) d'intensité IOm.s· 1

dans le secteur d'étude (DOUILLET, 1998).

Figure 10 - Evolution des flux verticaux nets de masse particulaire totale pour les pièges de la baie de Dumbéa,et des canyons de Dumbéa et Uitoé, et de la pluviométrie, pour la période du 19 mars au 12 avril 1999.

Figure Il - Evolution temporelle des vents et courants dans les trois stations de collecte du matériel particulaire.

Figure 12 - Evolution temporelle des rapports FelNi, Mn/Cu et Co/Sr dans le matériel particulaire collecté enbaie de Dumbéa, et dans les canyons de Dumbéa et Uitoé, pour la période du 19 mars au 12 avril 1999.

Liste des tableaux :

Tableau 1 - Comparaison entre les valeurs obtenues au cours de cette étude et les données des échantillons deréférence BCSS 1 et SU (tests de réplicabilité et répétabilité) pour l'analyse des métaux, avec la procédured'extractions séquentielles. Les valeurs sont exprimées en Jlglg (ppm) ou en % (cas du fer) et correspondent à lamoyenne ± l'écart-type. (n correspond au nombre de réplicats analysés par échantillon, CV le coefficient devariation, Val. Cert. La valeur certifiée de l'élément considéré dans l'échantillon et Préc. La précision ou justessede l'analyse).

Tableau 2 - estimation de la précision de la méthode employée pour l'analyse des métaux dans les phasessédimentaires réductibles et résiduelles (extractions séquentielles) à partir de deux échantillons de rivière (B 30)et lagonaire (P 10). Les valeurs sont exprimées en Jlg/g (ppm) et correspondent à la moyenne ± l'écart-type (ncorrespond au nombre de réplicats analysés par échantillon, CV le coefficient de variation).

Tableau 3 - Evolution des flux verticaux nets de masse particulaire totale (mglm 2/j) dans les trois pièges àparticules séquentiels immergés dans la baie de Dumbéa, et les canyons de Dumbéa et Uitoé.

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Annexe 1:

Masses mesurées après chaqueattaque et pertes de masse

lN° stations M.I. Masse phases PM phases Masse résidu PM phases

t (g) (1+2 ( ) 1+2 (%) final (g) 3+4 (%)

Sédiment de surfacet D 56 1,010 0,090 0,920 8,90 0,210 70,30

D 54 1,019 0,179 0,840 17,60 0,215 61,30( 802 1,028 0,139 0,889 13,50 0,164 70,50

8 30 (1) 1,035 0,189 0,846 18,20 0,141 68,10( 830 (2) 0,993 0,187 0,806 18,80 0,130 68,10

8 30 (3) 1,010 0,168 0,842 16,60 0,154 68,10( 803 1,015 0,370 0,645 36,50 0,158 48,00

P02 1,092 0,101 0,991 9,20 0,371 56,80( P03 0,999 0,114 0,885 11,40 0,256 63,00

P04 0,993 0,265 0,728 26,70 0,232 49,90(

D36 1,008 0,467 0,541 46,30 0,152 38,60

(D 33 1,031 0,76 0,271 73,70 0,035 22,90

808 0,993 0,546 0,447 55,00 0,110 33,90

(811 0,985 0,673 0,312 68,50 0,060 25,60

8 19 1,039 0,75 0,289 72,20 0,040 24,00

P06 1,001 0,846 0,155 84,50 0,022 13,30

P09 1,009 0,874 0,135 86,60 0,000 17,80

AOI 0,998 0,848 0,15 85,00 0,006 14,40

A03 1,084 1,008 0,076 93,00 0,000 7,00

A03 1,005 0,957 0,048 95,20 0,000 5,00

M06 1,084 1,009 0,075 93,00 0,011 6,00

M 22 1,073 0,974 0,099 90,70 0,000 9,00

M 15 1,008 0,976 0,032 96,80 0,000 3,00

M 30 0,994 0,916 0,078 92,20 0,018 6,00

A 14 0,994 0,932 0,062 93,70 0,000 7,00

A 18 1,01 0,974 0,036 96,40 0,000 3,00

PlO (1) 1,065 0,915 0,15 85,90 0,012 13,00PlO (2) 1,066 1,054 0,012 98,80 0,000 2,00P 10 (3) 1,08 1,065 0,015 98,60 0,000 2,00

/ Baie de DumbéaA 01 + A 02 0,635 0,414 0,221 65,20 0,000 34,80

( A03 0,133 0,099 0,034 74,40 0,000 25,60

A05 1,071 0,655 0,416 61,10 0,000 38,90

A06 0,644 0,455 0,189 70,60 0,000 29,40

A 07 + A 08 0,186 0,142 0,044 76,30 0,000 23,70( A09 0,060 0,050 0,010 83,30 0,000 16,70

A 1O 1,023 0,698 0,325 68,20 0,000 31,80

A 11 1,069 0,711 0,358 66,50 0,000 33,50

A 12 0,157 0,109 0,048 69,40 0,000 30,60

Canyon de Dumbéa802 1,032 0,967 0,065 93,70 0,000 6,30

( 803 1,007 0,966 0,041 95,90 0,000 4,10

8 04 + 8 05 + 8 06 0,831 0,775 0,056 93,30 0,000 6,70( 807 + 8 08 1,037 0,964 0,073 93,00 0,000 7,00

89 1,078 0,982 0,096 91,10 0,000 8,90( 8 1O 1,023 0,965 0,058 94,30 0,000 5,60

8 II 1,042 0,964 0,078 92,50 0,000 7,50

B 12 l,14O 1,049 0,091 92,00 0,000 8,00

Canyon de UitoéCOI + C 03 +... + C 06 0,271 0,252 0,019 93,00 0,000 7,00

(C 07 + C 08 0,067 0,061 0,006 91,00 0,000 9,00

C09+CI0+Cll 0,433 0,396 0,037 91,50 0,000 8,50

CC 12 1,041 0,899 0,142 86,30 0,000 13,70

( M.I. = Masse InitialePM = Pertes de masse après digestion.

( Phases 1, 2, 3 et 4 = Fractions oxydables, acido-solubles, réductibles et résiduelles.

(

CLi

G

L'

C! CI

cC

C

C

C

C

C

(

(~:

j

ri, '

('

CI

ooccoor·,\j

c:

.' -

(

(

C

Annexe II:

Concentrations relatives des métauxdans les phases réductibles et

résiduelles (Jlg/g ou ppm)

- - - - - - - ~ ~

N° stations Ni RSD Mn RSD Fe RSD Cu RSB Cr RSD Co RSD Sr RSD Inten. Inten. Zn RSDSédiments de surface J.Ig1g (%) JJglg (%) J.Ig1g (%) J.Ig1g (%) JJglg (%) J.Ig1g (%) J.Ig1g (%) V Sr JJglg (%)

D56 (D. 10) 8786 0,36 2532 0,52 261121 0,62 25 0,41 7925 0,77 409 0,19 9 0,46 9043 37018 185 4,34

D54 (D. 10) 4679 0,40 2555 0,77 128915 0,62 53 0,10 7734 0,66 361 0,27 5 0,55 4283 13414 139 0,80

B02 (D. 10) 14506 1,65 4117 1,56 543685 2,08 43 1,14 18438 1,70 964 1,53 4 1,47 4464 13124 508 1,46

B30 (1) (D. 10) 10840 0,47 2845 1,83 414602 0,49 40 0,62 12100 1,89 598 0,14 7 0,09 6880 14151 380 0,37

B30 (2) (D. 10) 12388 2,10 3521 2,33 505887 1,32 44 0,81 14804 2,25 686 0,79 14 2,10 14380 20761 423 1,17

B30 (3) (D. 10) 10530 0,72 2867 2,37 438676 0,39 38 1,37 12749 2,38 518 0,94 10 0,47 10050 16373 226 1,06

B30 moy 11252 1,10 3078 2,18 453055 0,73 40 0,93 13217 2,17 600 0,62 10 0,89 10436 17095 343 0,87

B03 (D. 10) 12786 0,53 3305 0,76 496533 0,82 43 1,11 13924 0,61 762 0,56 27 1,07 19447 13645 441 0,68

P02 (D. 10) 5137 0,32 2295 0,86 157401 0,74 59 0,67 6718 0,75 367 0,61 2 1,38 2045 11340 202 1,05

P03 (D. 10) 12602 0,65 4210 0,92 500346 1,39 54 0, Il 16516 1,00 796 0,12 8 0,19 7437 13365 382 0,36

P04 (D. 10) 0 0,16 3055 2,38 434544 2,42 41 0,20 13869 2,30 632 0,40 18 0,63 13264 14711 332 0,21

D36 (D. 10) 1 0,69 1507 1,66 242778 1,43 21 2,52 5148 1,60 336 0,60 68 1,85 39007 11380 229 1,77

D33 (D. 10) 2665 0,23 620 0,13 115187 0,19 23 2,68 1733 0,38 114 2,33 145 0,56 50731 7651 173 0,91

B08 5977 0,63 1581 1,15 257331 1,24 27 0,30 6130 0,36 319 1,28 64 1,47 792619 74491 640 0,80

B Il 4750 0,59 1194 0,87 212953 0,69 23 0,35 5801 0,79 236 0,18 89 1,03 338223 73485 177 0,73

B19 3953 0,33 1023 0, Il 190357 0,03 21 0,34 4017 0,11 200 0,58 105 0,14 396375 66722 171 2,60

P06 3906 0,13 1104 1,24 221838 0,31 22 0,54 5120 1,22 191 0,37 128 1,60 257539 38829 173 0,29

P09 3996 0,22 1166 0,76 220029 0,96 17 0,67 7055 0,70 194 0,91 80 0,76 162410 33598 152 0,83

A01 2891 0,46 785 0,86 154144 0,63 20 1,15 3448 0,77 138 0,54 117 0,86 265553 36409 150 0,75

A03 4104 0,06 1203 1,65 257226 1,60 27 2,48 8750 1,59 200 1,27 225 1,78 163074 18599 208 1,82

M06 2485 1,73 564 0,18 134678 0,78 28 0,90 2159 1,05 105 1,67 191 1,73 216328 24379 178 0,40

M22 2038 0,19 492 1,82 109700 1,63 27 1,35 1459 1,89 84 0,31 190 2,08 285044 27279 150 4,21

M15 2143 0,51 547 0,46 134246 1,48 31 1,85 2679 0,41 97 2,46 1115 1,61 539846 9595 192 1,34

M30 1923 0,57 531 1,04 112450 0,85 30 1,15 1502 0,44 81 2,13 193 1,82 227623 24033 157 1,41

A14 1122 0,34 348 0,47 80922 0,54 10 1,30 2185 0,30 52 1,17 2810 1,07 2635538 8197 67 0,63

A18 2639 0,38 766 1,69 173122 1,73 19 1,05 4983 1,75 125 2,02 258 1,96 140723 9100 160 1,18

PlO (1) 1443 1,09 490 0,89 121516 1,66 26 2,17 2651 0,27 71 0,85 1988 1,67 451099 2855 169 2,67

PlO (2) 1771 2, Il 598 0,32 151948 1,00 32 2,97 3272 0,62 85 4,29 8377 1,93 1520735 3196 200 0,31

PlO (3) 1517 0,54 574 1,61 134152 1,56 27 6,52 2776 0,50 78 5,70 7060 0,43 1602053 3627 217 2,63

PlO moy 1577 1,25 554 0,94 135872 1,41 28 3,89 2900 0,46 78 3,61 5809 1,34 1191296 3226 195 1,87

RSD = Relative Standard Deviation Inten. =Valeur d'intensité donnée par l'ICP-OES

- 1"

Echantillon PPS4/3 Ni RSD Mn RSD Fe RSD Cu RSD Cr RSD Co RSD Sr RSD Inten. Inten. Zn RSDJlglg (%) Jlg/g (%) Jlglg (%) Jlglg (%) Jlglg (%) Jlglg (%) Jlglg (~) V Sr Jlglg (%)

Baie de DumbéaAOI+A02A03

A06

A07+A08A09AIO

AlI

A12

Canyon de DumbéaB02

B03

B04+B05

B07+B08B09BIO

B Il

B12Canyon de UitoéCO 1+C03+...+C06C07+C08

C09+C 1O+C IlC12

2466 0,20 663 1,58 101730 0,78 23 0,49 509 0,19 105 0,56 80 1,95 37097 267515 188 0,393233 0,42 950 0,60 132515 0,54 34 0,90 1716 0,21 136 1,22 115 0,92 9727 59177 332 0,66

2251 1,00 589 1,10 98162 1,00 23 0,43 1106 0,56 101 0,60 111 1,00 44090 316590 153 0,26

2229 0,35 636 1,21 95656 1,31 24 1,00 1209 0,48 94 1,23 86 1,36 9869 57119 274 1,72

3516 0,97 1016 0,51 152218 0,26 42 4,25 1996 0,19 144 5,29 122 0,72 3690 18417 669 1,262071 0,27 576 0,87 92649 0,39 22 0,68 1171 0,84 97 0,46 152 0,68 75765 748399 133 2,82

1895 0,17 513 0,28 82252 1,16 22 0,19 1030 0,14 91 0,41 110 1,33 69249 593151 123 1,25

2368 0,30 728 1,62 104280 1,23 30 2, Il 1308 0,39 112 1,67 94 1,99 12148 68214 235 0,8

1395 0,33 382 0,40 85901 0,45 18 1,43 1387 0,33 60 0,32 866 2,16 12353 851569 130 0,5

1495 0,33 418 0,67 100839 0,96 24 0,96 1697 0,53 62 1,31 2646 0,44 8785 1640817 190 0,79

1310 0,31 350 I,J 1 80433 1,17 18 0,87 1341 0,14 57 2,22 647 1,54 10049 547683 172 0,05

1217 0,34 336 0,38 77736 0,38 17 0,97 1233 0,26 54 1,90 1456 1,02 12880 1607499 113 0,66

905 1,00 257 0,28 58105 0,48 12 1,80 926 0,31 41 2,98 1620 0,67 13017 2353307 100 1,061205 0,32 334 0,15 72757 0,89 15 3, Il 1289 0,47 53 1,07 2113 1,05 9613 1853623 121 1,03

1107 0,57 327 0,18 69972 0,07 13 1,67 1106 0,44 52 2,76 1601 0,42 12649 1888622 102 1,33

1079 0,14 309 1,22 68986 0,95 13 2,00 1110 0,08 49 2,13 2420 1,07 14829 3331167 85 0,59

2789 0,15 503 0,06 81796 0,62 25 4,22 1270 0,16 91 3,18 140 0,49 3628 40359 296 1,01

1504 1,54 291 0,56 39774 0,57 27 7,86 732 0,69 59 18,74 47 0,22 573 4233 799 1,362295 0,59 462 0,42 76420 1,27 19 2,34 1065 0,57 84 2,54 195 1,40 7105 109344 221 0,34

1478 0,90 308 0,71 50683 0,65 12 1,62 737 0,45 54 1,81 975 0,14 19268 2094291 95 0,27

RSD =Relative Standard DeviationInten. = Valeur d'intensité donnée par l'ICP-OES

le!

Ci

c,ec'(

cc(

(

(

cle

~.

(

(

cc/-...",

C\)

(

()

oo

1 .

,! '.

ir1

r('

Annexe III:

Rapports géochimiques des métauxdans les phases réductibles et

résiduelles

NQ stations FeJNi NiIMn Ni/Cu Mn/Cu C()/Cû V/Sr Ni/Sr

Sédiments de surface

D56 (D. 10) 30 3,47 353 102 16,43 47 4,094 1021,l D54 (D. JO) 28 1,83 89 49 6,87 78 3,132 1011

802 (D. 10) 37 3,52 335 95 22,26 232 2,940 3487~

830 (1 )(D. 10) 38 3,81 272 71 15,01 91 2,057 1644

( 830 (2) (D. 10) 41 3,52 284 81 15,74 48 1,444 862

830 (3) (D. 10) 42 3,67 280 76 13,78 52 1,629 1067( 830 moy 40 4 279 76 15 64 2 Il91

803 (D. 10) 39 3,87 296 77 17,65 28 0,702 474

P02 (D. 10) 31 2,24 87 39 6,23 165 5,546 2305

( P03 (D. JO) 40 2,99 233 78 14,73 10O 1,797 1578

P04 (D. 10) 43 3,29 246 75 15,47 35 1,109 556(

D36 (D. 10) 33 4,92 345 70 15,67 4,97 0,292 109

( D33 (D. 10) 43 4,30 116 27 4,93 0,78 0,151 18

808 43 3,78 225 59 11,98 4,95 0,094 93

( 811 45 3,98 208 52 10,33 2,66 0,217 54

(819 48 3,87 188 49 9,54 1,90 0,168 38

P06 57 3,54 179 51 8,77 1,49 0,151 31

( P09 55 3,43 229 67 Il,ll 2,43 0,207 50

AOI 53 3,68 146 40 6,97 1,18 0,137 25

A03 63 3,41 151 44 7,32 0,89 0,114 18

M06 54 4,40 88 20 3,72 0,55 0,113 13

M22 54 4,14 75 18 3,10 0,44 0,096 Il. MI5 63 3,92 69 18 3,12 0,09 0,018 2,M30 58 3,62 64 18 2,71 0,42 0,106 JO

AJ4 72 3,23 107 33 4,97 0,02 0,003 0,40

AI8 66 3,44 142 41 6,72 0,48 0,065 10

PlO (1) 84 2,94 56 19 2,76 0,04 0,006 0,73

PlO (2) 86 2,96 56 19 2,67 0,01 0,002 0,21

PIO(3) 88 2,64 57 21 2,92 0,01 0,002 0,21

\. PlO moy 86 2,85 56 20 2,79 0,02 0,004 0,38

Baie de Dumbéa\. AOI+A02 41 3,72 109 29 4,66 1,314 0,139 30,82r- A03 41 3,40 94 28 3,96 1,178 0,164 28,10

A06 44 3,82 97 25 4,35 0,911 0,139 20,33

A07+A08 43 3,51 94 27 3,96 1,097 0,173 25,97

A09 43 3,46 83 24 3,43 1,187 0,200 28,88

AIO 45 3,59 94 26 4,43 0,640 0,101 13,60

AIl 43 3,70 88 24 4,24 0,833 0,117 17,31

AI2 44 3,25 80 25 3,79 1,196 0,178 25,21

\. Canyon de Dumbéa

802 62 3,65 79 22 3,38 0,069 0,015 1,61

803 67 3,58 62 17 2,58 0,024 0,005 0,57

804+805 61 3,74 71 19 3,12 0,088 0,018 2,03

807+808 64 3,62 74 20 3,28 0,037 0,008 0,84

809 64 3,52 78 22 3,53 0,025 0,006 0,56

810 60 3,61 82 23 3,60 0,025 0,005 0,57

811 63 3,39 83 24 3,85 0,032 0,007 0,69

812 64 3,50 80 23 3,68 0,020 0,004 0,45

Canyon de Uitoé( COI+C03+C04+C05+C06 29 5,55 112 20 3,67 0,650 0,090 19,87

CC07+C08 26 5,17 55 II 2,17 1,262 0,135 32,25

C09+CIO+CII 33 4,97 119 24 4,35 0,429 0,065 11,75

( CI2 34 4,79 126 26 4,55 0,055 0,009 l,52

recherche et définition des signatures géochimiques

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