SELS ET SALINISATION DES EAUX DE SURFACE

Les sels sont des composés chimiques formés par la combinaison d’ions, par exemple, sodium (Na⁺), potassium (K⁺+), calcium (Ca⁺⁺) ou magnésium (Mg⁺⁺), avec des chlorures (Cl^-), sulfates (SO4^--) ou bicarbonates (HCO₃^--). Les ions chargés positivement sont appelés cations et ceux qui sont chargés négativement sont des anions. Les cations (Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Na⁺, K⁺) et anions (Cl^--, SO4^--, HCO3^--) sont connus collectivement comme étant des ions majeurs. Les concentrations d’ions majeurs sont des descripteurs de base de la qualité de l’eau sur lesquels se fondent bien des critères d’utilisation de l’eau (comme pour l’eau potable, ou l’eau destinée à des fins agricoles et industrielles).

Les matières dissoutes totales (MDT) sont une mesure de la quantité totale d’ions majeurs (plus la silice - SiO₂) dans l’eau. Les MDT sont naturellement très variables dans les eaux de surface et il n’existe aucune valeur de référence mondiale pouvant servir à évaluer le degré de contamination. Dans les zones littorales, la chimie des eaux fluviales peut refléter les dépôts de sels marins dans les eaux de pluie. La chimie des eaux lacustres dépend principalement de l’équilibre hydrologique du lac. Les lacs qui ont un exutoire reflètent généralement la chimie de leurs tributaires, tandis que l’eau des lacs sans exutoire peut être saline (MDT> 3 g/L jusqu’à un maximum de 300 g/L) à cause de l’évaporation (mer Morte, lac Assal à Djibouti, le golfe Kara-Bogaz au Turkménistan).

Calcium, magnésium et potassium

Le calcium, le cation le plus commun trouvé dans les eaux de surface, dépend principalement de la géologie, en particulier lorsqu’il y a des dépôts de carbonates ou de gypse présents.

Les concentrations de magnésium ne sont pas tellement dépendantes des activités humaines, donc le magnésium n’est pas utilisé comme indicateur du stress lié à la pollution.

En comparaison avec les autres continents, les fleuves et rivières de l’Europe ont les plus fortes concentrations de Ca⁺⁺. Ces différences continentales ne sont pas imputables aux activités humaines mais à des influences géologiques. À l’échelle planétaire, les teneurs naturelles en Ca⁺⁺ varient de 0,06 à 210 mg/L dans les ruisseaux (<100 km²) et de 2 à 50 mg/L dans les grandes rivières et les fleuves (>100 000 km²); voir la réf. 4.

Les minéraux contenant du potassium, pour la plupart des feldspaths et du mica, sont abondants mais peu solubles. Les concentrations naturelles de potassium dans les rivières ou fleuves sont très faibles (< 5 mg/L). Bien que la concentration de potassium augmente avec l’usage d’engrais, elle n’atteint jamais un niveau préoccupant quant à la qualité de l’eau. Les concentrations les plus élevées de K⁺ dans ces bassins hydrographiques de l’Europe se retrouvent en aval de grands districts miniers (mines de potasse et de sel) sur le Rhin, la Weser et l’Elbe, où leur teneur peut dépasser la concentration de 12 mg/L établie dans la directive de l’OMS relative à l’eau potable.

Sodium et chlorures

Dans la plupart des cours d’eau, les concentrations de sodium et de chlorures sont étroitement liées. Les deux proviennent de la météorisation naturelle de la roche et du transport atmosphérique de substances d’origine océanique et d’une grande variété de sources anthropiques. La directive de l’OMS relative à l’eau potable pour le Cl^- est de 200 mg/L.

Les sources anthropiques de sodium et de chlorures sont si étendues que les concentrations ont augmenté par un facteur de 10 à 20 dans bien des cours d’eau.

Depuis 1889, les concentrations de Cl^- ont quintuplé dans les réserves d’eau potable (Ivry) de la ville de Paris. La concentration de fond du Cl^-_ résulte des activités humaines exercées en amont de la station d’Ivry. Les concentrations actuelles de Cl^- sont bien en deçà de la norme de l’OMS relative à l’eau potable (200 mg/L).

Le Rhin est soumis à l’influence de deux grandes sources de sels - les mines de houille de l’Alsace et les mines de sels de la Lorraine, situées en France. L’eau saumâtre de ces sites est rejetée dans le Rhin en aval de Bâle et jusqu’à la rivière Moselle, respectivement. La source alsacienne (15 000 tonnes de NaCl/jour) représente 30 % des flux de Cl^- mesurés à Lobith, à la frontière germano-néerlandaise. Les autres contributions sont principalement urbaines et industrielles, en provenance de la région de la Ruhr. Depuis l’ouverture des mines de houille, il y a cent ans, les concentrations et les flux de Cl- ont augmenté par un facteur de 15 à 20. La norme de l’ OMS relative à l’eau potable a été dépassée, ainsi que la directive concernant l’arrosage en serre, une activité très importante dans les Pays-Bas.

Dans le bassin du Nil, les concentrations de chlorures sont plus faibles dans les tributaires du lac Victoria. La plus grande partie du Cl- provient des retombées atmosphériques et de l’activité hydrothermale. La concentration de Cl- s’élève à Khartoum à cause de l’évaporation dans les marécages de Sudd, dans le sud du Soudan. À mesure que les eaux du Nil remontent vers le nord en traversant le désert, l’évaporation continue d’être dominante, ce qui rehausse les concentrations de Cl- jusqu’à ce qu’elles atteignent 15 mg/L. L’eau du Nil demeure dans le lac Nasser pendant environ deux ans; tout au long de son écoulement vers la région du delta, la concentration augmente beaucoup à cause des déchets municipaux et industriels et des pratiques d’irrigation. La diminution estimée au cinquième du débit du Nil dans la Méditerranée (voir la réf. 16) depuis la construction du barrage de la haute-Aswan a entraîné une diminution de la capacité de dilution qui était présente auparavant dans le Nil.

Les chlorures présents dans le fleuve Krishna, en Inde, originent des retombées atmosphériques et de sources intérieures, et sont concentrés par évapotranspiration. Aux stations d’amont, vers l’ouest, on enregistre des concentrations relativement élevées de Cl-, qui résultent très probablement des aérosols marins poussés à l’intérieur des terres par les vents d’ouest.

Bien des cours d’eau de l’Afrique se caractérisent par des concentrations très basses de Cl-, comme dans les fleuves Sénégal, Niger, Zaïre (ou Congo) et Chari. L’évaporation et la pollution sont responsables de concentrations plus élevées de Cl^- à l’embouchure de deux fleuves, le Nil et l’Orange. Dans les zones industrialisées du monde, les produits à base de chlore font partie des produits chimiques le plus souvent utilisés dans un large éventail de procédés industriels et pour le traitement de l’eau potable.

Dans les régions arides et semi-arides de la planète, l’évapotranspiration produit une hausse de la teneur en sels (salinisation) des eaux de surface et l’augmentation des concentrations de sodium et de calcium. La teneur en sodium par rapport à la teneur en calcium représente un descripteur clé de l’eau destinée à l’irrigation.

La qualité de l’eau est souvent réduite par la salinisation, en particulier dans les eaux de surface, à cause de l’évaporation et du dépôt de sels sur le sol. Certains fleuves et rivières traversent des régions arides quand leur source se trouve dans des secteurs plus humides de la partie supérieure des bassins (Colorado, Rio Grande, Orange, Nil, Indus, Murray). Environ 50 % des terres arides sont situées dans des régions « endoréiques », qui ne permettent aucun écoulement vers l’océan. Dans ces régions, les cours d’eau s’écoulent vers des étendues d’eau comme la mer Caspienne, la mer d’Aral, le lac Tchad, le Grand Lac Salé, le lac Eyre et le lac Titicaca, qui n’ont pas d’exutoire.

La teneur en sels dissous est régulée par la météorisation de quelques minéraux clés (chlorure de sodium et gypse, carbonates et silicates, par ordre décroissant de solubilité); ainsi, les concentrations de matières dissoutes totales (MDT) et d’ions sont liées aux types de roches. On ne trouve pas de minéraux solubles dans les boucliers de roches métamorphiques ni dans les roches volcaniques où les silicates sont davantage érodés. Les eaux ont donc généralement une faible teneur en MDT, mais celle-ci peut augmenter quand se produisent des apports d’eaux souterraines hydrothermales.

Sulfates

La concentration des ions sulfates (SO4^--) est très variable dans les eaux de surface, où elle dépend des minéraux contenant du soufre. Elle a considérablement augmenté dans certains fleuves et rivières de l’Amérique du Nord (comme dans le Saint-Laurent et le Mississippi) depuis une centaine d’années, en grande partie à la suite de l’intensification des activités industrielles et agricoles (voir les réf. 10, 11 et 15). Lorsque les minéraux contenant du soufre sont plus abondants, comme dans les schistes des Grandes Plaines, la teneur en SO₄^- peut dépasser le seuil établi dans la directive de l’OMS relative à l’eau potable, qui est de 400 mg/L.

Les aménagements réalisés dans le bassin du fleuve Ob, en Sibérie, n’ont pas modifié les concentrations de sulfates (10 mg/L) au cours de la période pour laquelle il existe des données. La partie supérieure de ce fleuve n’est plus une région à l’état naturel, mais les concentrations de SO₄^- à l’embouchure ne sont pas suffisamment importantes pour que l’on puisse détecter une pollution par les sulfates.

En comparaison, bien que les concentrations de fond de SO₄^- dans la Volga soient parmi les plus élevées pour de grandes rivières ou des fleuves, la teneur en SO₄^{-<.sup> a augmenté pour passer de 50 à 60 mg/L depuis les années 1950. Cette situation est due à des activités humaines à grande échelle, dont l’exploitation minière et l’exploration pétrolière.}