Incidence des apports en azote sur les cations échangeables dans l’eau des sources La question des métaux lourds

The influence of nitrogen input on the exchangeable cations in spring water. The case of heavy metals

12 rue Guy de Maupassant, 45100 Orleans, France

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Reçu : 26 Avril 2013
Accepté : 10 Juin 2013

Résumé

L’examen des données de la base ADES (accès aux données sur les eaux souterraines), montre que dans certains milieux géologiques (granites entre autres), la charge dissoute dans l’eau des sources provient essentiellement d’apports atmosphériques. Ces apports sont de trois types : embruns marins (Cl^‒, Na⁺, SO₄^2‒, Mg²⁺), poussières sahariennes (SiO₂, Ca²⁺, Mg²⁺), et de façon plus modique, pollutions atmosphériques (SO₄^2‒).

Lorsqu’il y a, en outre, des apports anthropiques d’azote organique, l’oxydation des composés correspondants génère de l’acidité ; laquelle déplace les cations échangeables de la CEC (capacité d’échange cationique), des sols vers les eaux souterraines : Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺, Sr²⁺, entre autres. Les rapports mutuels entre ces cations, Mg²⁺/Ca²⁺, etc., restent inchangés (et sont donc invariants), quels que soient les apports en azote.

Dans ces milieux géologiques qui ne contribuent pratiquement pas à la charge dissoute des eaux souterraines, un bilan sur les flux annuels comparés à la CEC indique que les cations mobilisés par les apports d’azote, ont été stockés dans les sols pendant des millénaires. Dans d’autres milieux, ces cations sont non seulement d’origine atmosphérique, mais aussi géologique : là encore, les rapports mutuels entre ions échangeables restent invariants, quels que soient les apports en azote.

Il en résulte que la question des métaux lourds doit être posée : beaucoup sont échangeables, puisque traités comme tels dans divers procédés de purification des eaux distribuées. Les données précises manquent, mais pour Ni, les observations sur différents points d’eau constatent des coïncidences entre les valeurs maximales et les concentrations maximales en nitrates. Ceci va dans le sens d’une mobilisation de Ni par les apports d’azote organique.

En conséquence, il est possible sinon probable, qu’une diminution des apports en azote, dans le but de limiter les concentrations en nitrates dans les eaux souterraines, amènerait de façon concomitante, une baisse des concentrations en métaux lourds.

Abstract

Data of the ADES database (ades.eaufrance.fr) show that in parts of Western Europe (mostly in granites), the dissolved load in groundwater results essentially from atmospheric input. These contributions are of different types, including marine sea sprays (Cl^‒, Na⁺, SO₄^2‒, Mg²⁺), Saharan dusts (SiO₂, Ca²⁺, Mg²⁺), and in a more moderate way, atmospheric pollutions (SO₄^2‒).

In the case of anthropogenic inputs of organic nitrogen, oxidation generates acidity, which moves the exchangeable cations Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺, Sr²⁺ . . . of the soil CEC (cationic-exchange capacity), towards groundwater. The mutual ratios between these cations, i.e. Mg²⁺/Ca²⁺, etc., remains unchanged (thus invariant), whatever the nitrogen input.

In such geological media which do not practically contribute to the dissolved load of groundwater, an assessment on the annual cation flowrate compared with the CEC indicates that these cations mobilized by the inputs of nitrogen, were stored in grounds during millenniums. In others media, exchangeable cations are not only of atmospheric origin, but also geologic: even there, the mutual ratios between remain invariant, whatever the input in nitrogen.

As a result the question of heavy metals must be put: many are exchangeable, because treated as such in diverse processes of purification of distributed waters. As a whole the precise data are lacking, but for Ni the observation for some springs show coincidence, at given locations, between the maximal Ni-values, and the maximal concentrations in nitrates. This is consistent with a mobilization by the organic nitrogen input.

Accordingly it is possible that an abatement of the N-input, with the aim of a decrease of the concentrations in nitrates in groundwater, would bring in a concomitant way a reduction in the concentrations in heavy metals.