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Laboratoire d'Hydrogéologie d'Avignon - VINCENT VALLES COURS D'HYDROCHIMIE - 1

Laboratoire d'Hydrogéologie d'Avignon - VINCENT VALLES COURS D'HYDROCHIMIE - 1 - LISTE DES COURS D'HYDROCHIMIE A lire impérativement avant chaque cours; vérifiez que vous visionnez tout le tableau vert Laboratoire d'Hydrogéologie d'Avignon - VINCENT VALLES COURS D'HYDROCHIMIE - 2 - : Le prélèvement des solutions et leur conditionnement mesures de terrain Les Aucune étude hydrochimique sérieuse ne peut reposer sur des données chimiques non fiables ou de mauvaise qualité. La question de l'acquisition des données est donc essentielle, tant du point de la stratégie (fréquence, densité spatiale, représentativité dans la rivière,…) que de la précision de la mesure elle-même. I - Une stratégie d'échantillonnage planifiée dès le départ (geostat et chronostat) Il est important que la stratégie d'échantillonnage soit bien pensée avant tout travail sur le terrain. Les aspects économiques (budget alloué au poste analytique, frais de mission sur le terrain, ..) ne sont pas à négliger. Il faudra se donner les moyens de vérifier que la densité spatiale des points est suffisante en ayant un nombre de couples rapprochés suffisants pour mesurer la portée (confer cours de géoastat), même si cette dernière est petite. Il faudra veiller à la représentativité du prélèvement dans le temps. - la position du prélèvement dans le temps et l'espace *) Hydrologie : Il convient de veiller à la représentativité. Cette dernière varie selon la position par rapport à l'axe du chenal et la profondeur, notamment pour une mesure représentative de la teneur moyenne en MES. Pour ce qui est de la chimie des éléments dissous et la physico-chimie de base, la position du prélèvement importe peu sauf dans le cas d'une confluence située en amont. En effet, lors de confluence de rivières, les eaux des deux rivières ne se mélange qu'après un long parcours. Pour les fleuves importants tels que l'Amazone, le Congo ou l'Orénoque, les eaux coulent en flux parallèles sans se mélanger sur des distances pouvant atteindre plusieurs dizaines de kilomètres. Dans ce cas, une reconnaissance préalable avec un conductivimètre, en faisant des mesures d'une rive à l'autre, aide à déterminer la bonne stratégie et la bonne section à prélever. De même, la chimie des eaux peut varier fortement lors des crues. Des calculs d'exportations chimiques ne peuvent s'accommoder de la composition chimique d'un seul échantillon pris au hasard durant l'épisode, d'autant plus que les exportations solides se concentrent souvent sur un bref laps de temps. Il convient alors de se donner deux rythmes de prélèvements : un rythme rapide durant les crues, s'est à dire durant les périodes de crise et un rythme lent durant les périodes d'étiage, c'est-à-dire phases de régulation. Enfin, lors de suivis sur le long terme de l'hydrochimie de rivières, il faut avoir un pas de temps compatible avec la portée, c'est çà dire bien inférieure. Cette dernière sera déterminée par une étude de chronostatistique (confer le cours de chronostatistique). Laboratoire d'Hydrogéologie d'Avignon - VINCENT VALLES COURS D'HYDROCHIMIE - 3 - *) Sur une zone d'étude (Hydrogéologie): Un schémas prévoyant une densité spatiale minimale de prélèvements doit être conçu dès le départ. Il visera à couvrir toute la zone avec une densité telle que chaque point de la zone étudiée soit situé à une distance du ou des points de prélèvements les plus proches, bien inférieure à la portée (voir le cours de géostatistique appliquée à l'hydrochimie). Le cas échéant, il conviendra de revenir sur le terrain pour prélever dans les zones à faible densité ou pour augmenter la fréquence de l'acquisition. Cet aspect est important lorsque l'on veut établir une carte de risque ou de sensibilité de l'environnement par rapport au risque chimique. En revanche, lorsque l'on s'intéresse à l'étude des mécanismes responsables de la qualité des eaux, on aura insert à prélever une gamme la plus ouverte d'échantillons. Pour cela, on effectuera des mesures rapides avec un conductivimètre. Deux points voisin dans l'espace ou le temps et présentant la même conductivité électrique auront toutes le chances d'être similaires quant à l'ensemble des paramètres physico-chimiques. Les prélever tous deux constituera un doublon inutile. - un nombre de points suffisant: Le nombre de points de prélèvements devra permettre d'effectuer les tests statistiques usuels tels que l'analyse de la variabilité (analyse de variance pour chaque variable et statistique multivariée). Il sera possible de détecter les anomalies (points singuliers ou tout simplement erreurs de saisie) II - La mesure des paramètres fugaces sur le terrain. Un certain nombre de paramètres doivent impérativement être mesurés sur le terrain. Ainsi, la température d'un échantillon va évoluer après le prélèvement et l'information sera perdue. Il faut donc la mesurer rapidement après la collecte de l'échantillon, ou simultanément sur une fraction aliquote. De même les paramètres tels que pH, eH (en fait le rH), teneur en chlorophylle, oxygène ou CO2 dissous,… doivent être mesurés sur place. La mesure de la conductivité électrique, bien que pouvant attendre l'arrivée au laboratoire est utile pour mieux gérer la stratégie de prélèvement (voir plus haut) au même titre que toute autre mesure de terrain pouvant être utilisée de la sorte. Lorsque la pression partielle équilibrante en CO2 de l'échantillon est sensiblement différente de celle de l'air, un processus de rééquilibrage s'opère rapidement. Ainsi, il convient de - mesurer le couple pH/rH aussi rapidement que possible - éviter d'agiter la solution même lors de son prélèvement ou de son acheminement vers le flacon de mesure - de noter le sens de variation du pH (et du rH). En effet, une augmentation de pH ne doit pas être interprété comme un problème d'électrode qui " se stabilise " mal, mais plutôt comme le signe d'une perte en CO2 d'une eau initialement chargé en ce gaz. La diminution du pH indique au contraire une très pauvre en CO2 et se chargeant au contact de l'atmosphère. - De noter simultanément des couples rH/pH car ils permettent de distinguer le couple rédox actif dans la solution. Dans certains cas, l'acquisition d'échantillon est difficile comme pour les eaux d'origine profonde (remontées d'eau thermales, eau de nappes profondes et donc d'accès difficile, eaux de fond de lacs ou de fleuves profonds,…). Dans ce cas, il est fréquent que les paramètres physico-chimiques soient altérés lors de la remontée vers la surface. Il convient d'être prudent lors de leur utilisation. Différentes Laboratoire d'Hydrogéologie d'Avignon - VINCENT VALLES COURS D'HYDROCHIMIE - 4 - techniques permettent d'estimer les conditions en profondeur. Pour les eaux de rivières ou de lacs profonds, il est possible de descendre une sonde multiparamètres pour réaliser la mesure directement in situ. Cette technique est très efficace malgré quelques difficultés d'ordre technique. Les sondes pH par exemple fonctionnent moins bien dans un volume très grand voire quasi-infini. Dans la mesure du possible on leur préfèrera une mesure en flacon de volume limité. Enfin, si la mesure sur place du pH et du rH est impossible, on pourra tenter de la réaliser en laboratoire. Dans ce cas, on prendra soin de remplir le flacon sous l'eau ; il sera rempli en totalité, c'est- à-dire sans bulle d'ait piégée et fermé sous l'eau. La mesure du pH sera malgré tout légèrement différente de celle que l'on aurait obtenue sur le terrain. III - Conditionnement des échantillons. Il n'existe pas un mode unique de conditionnement des échantillons, et pouvant servir pour tout type d'analyse. Selon les paramètres étudiés, différents modes de conditionnement des échantillons et de flacons seront utilisés. A) Choix du flaconnage: nature des matériaux, des fermetures et du lavage des flacons Les flacons les plus utilisés sont le verre, le polyéthylène et le téflon. Les flacons en verre présentent des fermetures très étanches qui conviennent bien pour le stockage en vue de mesures isotopiques ainsi que l'absence d'évaporation au travers des parois elles mêmes très étanches. Les inconvénients du verre résident dans son poids important qui rend le transport pénible et coûteux, surtout si le rapatriement se fait par avion. Enfin les risques de bris lors du transport ne sont pas négligeables. Enfin, avec le temps, le verre s'altère et libère des éléments chimiques dans la solution, ce qui très gênant. Le stockage long est proscrit dans le verre surtout pour des eaux peu minéralisées. Le polyéthylène est plus léger, non cassant. Sa fermeture est moins étanche mais il existe du flacon à double fermeture très efficace. La porosité du matériau entraîne une légère évaporation. Les solutions destinées aux mesures isotopiques stables de l'eau ne devront pas être gardées très longtemps dans ce type de flacon. Le polyéthylène ne libère que très peu d'éléments solubles et la composition chimique des solutions stockées est peu altérée. Enfin, pour l'étude d'éléments traces, les flacons les plus adaptés sont ceux conçus en téflon. Les flacons doivent être lavés à l'acide soigneusement et rincés tout aussi méticuleusement. Si un rinçage s'avère indispensable lors du prélèvement, l'eau à prélever sera la meilleure eau de rinçage. Et enfin, il arrive de voir prélever des eaux très peu minéralisées avec des mains pleines de sel (juste après avoir avalé des frites salées sur le terrain par exemple) ou bien enduites de produit uploads/Geographie/ cours-d-x27-hydrochimie-pdf 1 .pdf