Distribution du silicium dans les eaux de pluie et les eaux souterraines

Distribution du silicium dans les eaux de pluie et les eaux souterraines

Généralement les concentrations des ions Si(OH)4 dans les eaux des pluies sont faibles, fluctuant entre 1,3 et 5,4 µM avec une moyenne de 3,5 µM. Les valeurs moyennes de sont de l’ordre de 3,7 µM dans la région d’Annaba, 2 µM dans la région de Guelma et 3 µM à El-Kala comme on le constate sur le tableau 9. Par contre les eaux souterraines sont très riches en Si(OH)4. En effet les eaux de puits de la région de la Mafrag en 2007 ont une moyenne de 165 µM avec un maximum de 248 µM et un minimum de 70 µM (Tableau 9).

Importance et ordre des valeurs du silicium

Le silicium est l’élément le plus abondant dans la croûte terrestre après l’oxygène, il se trouve essentiellement sous forme minérale, en particulier sous forme de silicates. Environ 40% des minéraux courants contiennent du silicium : roches sédimentaires détritiques, sables, grès, argiles, roches cristallisées comme le quartz et les roches volcaniques. Dans les milieux aquatiques, le silicium se trouve sous forme d’acide orthosilicique Si(OH4) dont l’abondance contrôle le développement du phytoplancton (les diatomées), organismes les plus abondants sur la planète. Les diatomées incorporent le silicium dans leurs valves ou enveloppes où il y constitue souvent plus de 40% de la fraction minérale (Bougis, 1974). L’objectif de cette étude est d’évaluer les niveaux de concentrations du silicium dans les eaux naturelles : eau de surface (oued Seybouse, estuaire du Mafrag), les eaux marines (eaux côtières du golfe d’Annaba), les eaux souterraines (eaux de puits de la région du Mafrag) et les eaux de pluie de la région d’Annaba. Cette étude est la première à considérer le silicium dans son cycle global et dans l’optique des relations géochimiques atmosphère-continent-mer. Les résultats montrent que les eaux souterraines sont très riches en Si(OH)4, avec une moyenne de 165 µM à la différence des eaux de pluie, faiblement minéralisée. En fait, le cycle du silicium est fondamentalement sédimentaire puisqu’il n’a pas de forme gazeuse. La concentration moyenne des eaux de pluie en Si(OH)4 atteignant des valeurs aussi faible que 3,5µM, proviendrait des particules atmosphériques entraînées par l’eau pluviale. La fraction atmosphérique constitue en effet 8% du silicium terrestre comme le rapportent Tréguer et al. (1995). Dans les eaux de surface, les teneurs du Si(OH)4 à Seybouse (57µM) et dans l’estuaire du Mafgrag (46µM) sont moyennement élevées. Dans les eaux littorales du golfe d’Annaba le silicium est très peu abondant avec une moyenne de 7 µM, représentant le double des eaux de pluie. Conservativité et non conservativité du silicium Très généralement, les concentrations en Si(OH)4 varient avec le cycle hydrologique de l’estuaire et d’Oued Seybouse, on y constate de fortes valeurspendant la période humide (130µM à Mafrag et 93µM à Seybouse) et on assiste à une diminution générale des teneurs durant la période sèche (10 µM à Mafrag et 20 µM à Seybouse). Cette chute des valeurs traduit non seulement l’origine continentale du Si(OH)4 mais aussi la consommation accrue par les diatomées. Les processus d’absorption paraissent donc plus rapides que la régénération interne ou l’apport de la nappe et des eaux de surface. Cette situation peut être en partie expliquée par les courbes de dilution consignées.

Paradoxalement et a l’opposé des eaux de surface, les teneurs du Si(OH)4 dans le littoral d’Annaba s’accroissent en été (13 à 17,80 µM), soit deux fois plus élevées que la valeur moyenne. Il semble que cette dynamique singulière en milieu côtier soit en relation avec le relargage sédimentaire du silicium en provenance des boues à diatomées. Dans le golfe d’Annaba, les diatomées dominent en effet presque toute l’année et développent de forts effectifs particulièrement au printemps (Ounissi et Fréhi, 1999). Cette production printanière devait constituer une source de boues à diatomées à partir desquelles se régénère un fort stock estival de silicium. Il est aussi intéressant de souligner que le maximum de production primaire en Méditerranée s’effectue plutôt en hiver à la différence de ce qu’on pense souvent à tord (Jacques et Tréguer, 1986). Ce qui explique peut être la chute générale des teneurs de silicium en hiver et de façon moins évidente au printemps. Il n’est pas facile en outre de distinguer une différence significative entre les concentrations du Si(OH)4 dans les eaux de la surface et celle du fond. On peut noter cependant que les eaux de la surface sont un peu plus riches que celles du fond. Indications écologique et géochimique du rapport silicium/azote (Si/N) Sur le plan biologique et écologique, les besoins en silicium pour les diatomées, comparées à celles de l’azote sont identiques (Jaques et Tréguer, 1986), soit une mole de silicate pour une mole d’azote (1/1). Ces besoins sont largement satisfaits dans l’estuaire du Mafrag (Si/N = 3, tableau 12 et figure 18) et dans les eaux de Seybouse (Si/N = 1,6/1, tableau 12 et figure 17) pour la période d’étude. Le niveau d’anthropisation peut être estimé à partir du rapport Si/N comme le montre les données de Vörösmarty et al. (1998) consignées dans le tableau 10 où ils distinguent les rivières propres des rivières anthropisés (par l’industrialisation et l’urbanisation). En fait, on considère que l’azote est essentiellement d’origine anthropique à la différence du silicium d’origine strictement naturelle. Dans le tableau 11, ce n’est pas la concentration du silicium qui est importante puisque indépendamment de la rivière, les teneurs sont du même ordre, mais plutôt le rapport Si/N qui est à considérer dans la classification des rivières. Selon Vörösmarty et al. (1998), les rivières propres ont un rapport Si/N >12 alors que les rivières polluées ont rapport Si/N<2. Il en ressort que la Seybouse se range plutôt parmi les rivières hautement anthropisés.