Memoire Online - Impact des activités minières sur la macrofaune du sol: cas des bassins de rejets miniers de Kipushi et de Musoshi

Impact des activités minières sur la macrofaune du sol : Cas des bassins de rejets miniers de Kipushi et de Musoshi

Mémoire présenté et défendu en vue de l'obtention du grade d'ingénieur agronome

Impact des activités minières sur la macrofaune du sol : Cas des bassins de rejets miniers de Kipushi et de Musoshi

Mémoire présenté et défendu en vue de l'obtention du grade d'ingénieur agronome

Epigraphe

" Faune du sol : intestins contestables du sol, qu'il faut préserver à tout prix !"

Dédicace

A mon père MUGANGUZI B. Fernand et ma mère KIZA K. Dorcas, pour votre amour, votre soutient sur tous les plans. Aucune phrase ne pourra exprimer l'amour que je porte pour vous. Prenez cette oeuvre d'esprit qui témoigne ma profonde gratitude !

A mes frères et soeurs, Aimé N., Solange B., Thérèse DINA., Ruth M., Gloire M., John K., Joseph I., Francine M., pour votre amour et soutient dont je suis bénéficiaire et très fière.

A ceux qui m'ont transmis leur passion pour la science, pour les sciences de la vie, et pour la vie !

Remerciements

L'achèvement de ce mémoire est une apothéose d'un courage à braver les difficultés et d'une chance à bénéficier d'un appui sans dimension. Qu'il me soit alors permis d'adresser mes remerciements à tous ceux qui ont apporté leur assistance, d'une manière ou d'une autre, à sa réalisation.

Je tiens tout d'abord à exprimer ma profonde gratitude et mes sincères remerciements au professeur MUJINYA BAZIRAKE Basile, directeur de l'unité de recherche « Bio-géochimie et Écologie des Sols et des Écosystèmes Tropicaux (BESET) », directeur de ce mémoire. Avec sa disponibilité, son savoir-faire, ses conseils, son soutien financier, il m'a permis de réaliser ce mémoire dans les meilleures conditions. Merci d'avoir couvert la totalité des frais de laboratoire pour les analyses et d'avoir déboursé une grande somme dans l'achat du matériel de terrain. Merci encore pour tout !

Je tiens à remercier le Doctorant Meng. MPINDA TUSHIMININE Martin, pour sa générosité et son savoir-faire qu'on lui connait, lui qui, en dépit de ses différentes occupations, a accepté l'encadrement de ce travail.

ü Au Prof. NGOY SHUTCHA Mylor, doyen de la Faculté des Sciences Agronomiques, à toutes les autorités académiques et administratives, pour avoir assuré notre formation ;

ü Au Chef des Travaux USENI S. Yannick, pour son encadre, ses conseil et soutien moral ;

ü Aux Msc. TSHIBUNGU Alain, TSHIBANGU Audry et KASANGIJ Patrick, pour leurs conseils ;

ü A KISIMBA Trésor, pour l'encadrement pendant les analyses, son sacrifice et soutien ; tu restes un ami incontestable ;

ü A mon ami NGOY BANZA Hardy, pour m'avoir accompagné sur terrain, avec toutes les peines possibles ; je n'oublierai jamais qu'il a travaillé jusqu'à très tard pendant la réalisation de ce travail.

ü A mes oncles, tantes, cousins, cousines, neveux et nièce,... pour leur amour et appui. Je cite : BIRINDWA A. Moïse, RUHEZA M. Benjamin,...

ü Aux compagnons de lutte, les étudiantes de Grade 2 Phytotechnie (2015-2016), je site : Joseph K., Ruffin S., Didier K., De Gaulle M., Cyprien K., Laurant L,...

ü Au amis et connaissances, je site : Jules M., Remy K., Alphons M., Bienvenu K., Cédric K., Mike K., Houston K., Médard I., Gentil K., Junior K.,...

Résumé

Depuis des longues années l'actuelle province du Haut-Katanga a procédé à l'extraction et transformation des métaux lourds. Cette extraction s'accompagnait des rejets dans l'environnement d'une grande quantité des déchets et effluents chargés en métaux lourds (Cu, Zn, etc.) qui posent des dégâts sur la flore, mais surtout sur la faune en avale. C'est ainsi que ce travail a été initié en vue d'évaluer l'impact des activités minières (métaux lourds) sur la macrofaune du sol. Les échantillonnages systématiques ont été réalisés sur les sols environnant les bassins de rejets miniers de Kipushi et Musoshi. L'échantillonnage a été réalisé en deux temps selon la méthode standard TSBF adaptée pour les sols tropicaux, aux intervalles de 50 m depuis les bords du bassin jusqu'à 200 m dans la forêt. Les résultats obtenus ont révélé que les sols environnant les bassins de décantation sont acides (pH > 6), excepté les sols près du bassin de Kipushi dont le pH est alcalin (pH > 7.5). L'ensemble des paramètres physico-chimiques observés à Kipushi (à l'exception du Phosphore disponible et de l'Azote total) décroissaient avec l'éloignement au bassin pendant que ceux observés à Musoshi croissaient avec l'éloignement ; les teneurs en métaux lourds (excepté le Zn) étaient fortement supérieurs à celles rapportées pour les sols non contaminés. Pour les deux sites, l'abondance et la diversité des macroinvertébrés croissaient avec l'éloignement au bassin. Concernant la relation macrofaune-paramètres édaphiques, le Cu, le Fe, l'acidité échangeable et le carbone organique influencent significativement la répartition des macroinvertébrés (p < 0.05). Les résultats de cette étude ont monté que les activités minières ont un impact négatif sur la macrofaune du sol.

Mots clés : Activités minières, macrofaune, abondance et diversité, Haut-Katanga.

Abstract

For many years the current Upper-Katanga Province performed the extraction and processing of heavy metals. This extraction was accompanied by the release into the environment of large amounts of waste and effluents containing heavy metals (Cu, Zn, etc.) that cause damage to the flora, but especially wildlife swallows. Thus this work has been initiated to assess the impact of mining (heavy metals) on the soil macrofauna. Systematic sampling was carried out on the soil surrounding ponds ofKipushi and Musoshi tailings. Sampling was conducted in two stages using the standard method TSBF suitable for tropical soils, 50 m intervals from the edges of the basin up to 200 m in the forest. The results showed that the soil surrounding the tailings ponds are acidic (pH> 6), except the soil near the Kipushi basin whose pH is alkaline (pH> 7.5). All physicochemical parameters observed in Kipushi (with the exception of available phosphorus and total nitrogen) decreased with the distance to the pool while those observed in Musoshi grew with distance; the heavy metal content (except Zn) were significantly higher than those reported for uncontaminated soils. For both sites, the abundance and diversity of macroinvertebrates grew with the distance to the pool. Regarding the edaphic macrofauna-parameter relationship, Cu, Fe, exchangeable acidity and organic carbon, significantly influence the distribution of macroinvertebrates (p <0.05). This study revealed that mining activities influence negatively soil macrofauna.

Keywords: Mining activities, macrofauna, abundance and diversity, Upper-Katanga.

Table des matières

Liste des figures

Liste des tableaux

Introduction

Le problème des sols contaminés est aujourd'hui très préoccupant pour les pays émergents. Ces pays (cas de la République Démocratique du Congo) ont développé depuis des longues années, des activités d'extraction et de transformation des métaux lourds ( Tembo et al., 2005 ; Ngoy Mwana et al., 2006 in Mpundu, 2010). Dans diverses usines hydro-métallurgiques et fonderies, l'extraction des métaux s'accompagnait des rejets des sous-produits tels que le cuivre, le cobalt, le plomb, le zinc, etc. qui ne peuvent pas être biodégradés ( Kashimbo et al., 2015) et donc persistent dans l'environnement pendant de longues périodes ( Tembo et al., 2005) . Leur accumulation dans l'environnement peut se répercuter sur les êtres humains et les animaux en menaçant leur habitat ( Tembo et al., 2005) mais aussi sur leur santé ( Malaisse, 1997 ; Wang et al., 2003 ; Mpundu, 2010). Il a été démontré, dans la région de Lubumbashi, que les émissions de SO₂ par la cheminée du four de l'usine d'extraction et de transformation du cuivre de la Gécamines étaient responsables de pluies acides ( Mbenza et al., 1989), néfastes pour les êtres vivants dont la faune du sol et les végétaux. Les résultats des études menées par Banza et al. (2009) ont révélé des teneurs élevées en ETM dans les urines et les sangs des personnes habitant dans les quartiers environnant de sites miniers, à cause d'un contact plus long avec les poussières chargées en métaux lourds.

A l'échelle microscopique, les métaux lourds ont aussi des effets néfastes sur la population bactérienne ( Belyaeva et al., 2005), ce qui n'est pas sans conséquence sur la vie des autres organismes du sol et sur le fonctionnement de l'écosystème tout entier. Il a été démontré que l'augmentation de la teneur en métaux lourds au-delà d'un certain seuil réduit la densité des vers ( Pizl & Josen, 1995) et influe négativement sur leur croissance pondérale, leur développement sexuel et la production de cocons ( Spurgeon & Hopkin, 1999).

Pourtant, la macrofaune du sol est une source de biodiversité animale importante qu'il convient de préserver. Elle comprend de nombreux taxons, comprenant eux-mêmes de centaines voire des milliers d'espèces ( Bachelier, 1978 ; Gobat et al., 2003), qui ont des rôles essentiels dans la stabilité de l'écosystème, dans le maintien de la qualité du sol et peuvent fournir un certain nombre de biens et de services écosystémiques utiles pour les sociétés humaines ( Millenium Ecosystem Assessment, 2005 ; Mujinya et al., 2014). Ainsi, elle participe à la décomposition de la matière organique et à la biodisponibilité des nutriments pour les plantes et les microorganismes du sol(Dangerfield et al., 1998 in Mujinya et al., 2014). Elle joue également dans la création et la conservation de la structure du sol ( Mayeux & Savanne, 1996).

Au regard de toutes ces conséquences énumérées ci-haut sur la santé et l'environnement (faune et flore) due à l'impact des métaux lourds, des études ont été initiées pour développer, d'une part, des techniques efficaces pour décontaminer les sites pollués ( Rufus et al., 1997 ; Salt et al., 1998 ; Prabha et al., 2007 ; Ngoy, 2010) et d'autres parts, des stratégies de conservation in situ et ex situ des espèces de la flore endémique des sites métallifères menacées par l'extinction ( Li, 2006 ; Ngoy, 2010 ; Ilunga, 2010 ; 2014).

Cependant, il existe peu d'études jusqu'à présent qui ont mis en évidence l'impact de ces métaux lourds sur la faune du sol, plus particulièrement sur la macrofaune du sol, en menant un inventaire in situ. D'où l'originalité de la présente étude.

Cette étude poursuit l'objectif principal d'évaluer l'impact indirecte des activités minières sur l'abondance et la diversité de la macrofaune du sol. Spécifiquement, il s'agira de : (1) donnerles propriétés physico-chimiques des sols environnant les sites de traitement minier (bassins de décantation), (2) évaluer l'abondance et la diversité de la macrofaune de ces sols et (3) Mettre en évidence les relationsexistantes entre les propriétés édaphiques des sites miniers et macroinvertébrés.

Outre l'introduction et la conclusion, ce travail s'articule en 4 chapitres : la revue bibliographique (chapitre 1) ; milieu, matériels et méthodes (chapitre 2) ; résultats (chapitre 3) et enfin la discussion (chapitre 4).

Chapitre 1. Revue bibliographique

1.1. Activités minières dans la Haut-Katanga et leurs impacts environnementaux

La présence des nombreuses collines riches en minerais de cuivre et cobalt a conduit dans le district du Haut-Katanga au développement des industries d'extraction et de transformation des minerais ( Kaniki, 2008). Celle-ci a débuté depuis l'époque précoloniale, où les croisettes de cuivre étaient utilisées comme monnaie dans la transaction commerciale, et s'est ensuite intensifiée dès 1906 avec la création de l'Union Minière du Haut-Katanga (UMHK) pour atteindre le pic de production des minerais avec la Gécamines vers les années 1970 ; qui connut par la suite, une chute de production spectaculaire due à une mauvaise gestion vers les années 1990 ( Ngoy, 2007). Une reprise très nette des activités d'extraction a eu lieu depuis quelques années et actuellement, ces activités ont connu une expansion florissante due à l'arrivée des nombreux investisseurs dans le secteur minier ( PROMINE, 2014).

Cependant, les étapes du traitement des minerais depuis l'extraction jusqu'à la production du métal purifié sont génératrices des nuisances pour l'environnement par l'altération de celui-ci ( Impes et al., 1991). En effet, depuis l'extraction du minerai des gisements par l'établissement des carrières jusqu'à celle du minerai spécifique recherché à l'industrie, l'activité minière, rejette dans l'environnement les déchets solides et les effluents (liquides) car le minerai recherché n'est qu'une infime fraction du volume de la roche déplacée ( Impes et al., 1991). Le passage des engins lourds sur le site minier entraine aussi une destruction de la structure du sol, chose qui impacte négativement sur la biodiversité ( Leteinturier et al., 1999).

1.1.1. Déforestation et perte de la biodiversité

Les opérations réalisées durant la phase d'exploration et d'exploitation minière entrainent la destruction de la flore et faune sur la zone affectée, la migration des espèces animales vers des zones plus calmes et la recolonisation du milieu par la flore métallophyte ( Ngoy et al., 2010). L'ouverture des voies d'accès à la mine est aussi une menace pour la biodiversité ( Leteinturier et al., 1999).

L'effet le plus direct sur la faune est la destruction ou le déplacement des espèces dans les zones d'excavation et d'accumulation des déchets miniers. Les espèces mobiles de la faune, comme le gibier, les oiseaux et les prédateurs, quittent ces zones ( Depta et al., 1999). Les animaux plus sédentaires, comme les invertébrés, de nombreux reptiles, les rongeurs fouisseurs et les petits mammifères, peuvent être plus sévèrement affectés ( MINEO Consortium, 2000).

1.1.2. Contamination du sol

Les risques sur la santé humaine sur l'environnement provenant de sols appartiennent généralement à deux catégories: (1) sol contaminé provenant des poussières fouettés par le vent et (2) les sols contaminés à partir de déversements de produits chimiques et de résidus ( Tembo et al., 2005). La poussière fugitive peut poser des problèmes environnementaux significatifs dans certaines mines ; la toxicité inhérente de la poussière dépend de la proximité des récepteurs environnementaux et du type de minerai exploité. Les sols contaminés à partir de déversements de produits chimiques et des résidus sur les sites de la mine peuvent poser un risque de contact direct lorsque ces matériaux sont utilisés abusivement comme matériaux de remblayage, pour la création de zones vertes ornementales ou encore comme suppléments de sol ( MINEO Consortium, 2000).

1.1.3. Contamination des eaux de surface

Les rejets des déchets dans les rivières (pour les usines qui procèdent par hydrométallurgie) ont comme conséquences la pollution des rivières par les substances chimiques ( Cobert, 1977; Katemo et al., 2010 ; Mees et al., 2013). Ceci entraîne un débordement des boues à caractère souvent sableux, se propageant ainsi sur un grand espace blanc semblable à un désert communément appelés « Katapula », cas de Kipushi, usine de zinc de Kasombo(UZK), Mashamba, Musoshi,... ( Montgomery, 2003 ; Anonyme, 2004 ; Prince, 2007).

Figure 1-1 :Impact des activités minières sur l'environnement : (a) Déforestation et perte de la biodiversité dans le bassin de décantation de Kipushi ; (b) Contamination du sol et des eaux de surface dans le bassin de Shimambo à Musoshi-Gare (photos Muganguzi, 2016).

1.2. Généralité sur la macrofaune du sol

1.2.1. Définition

Aujourd'hui, de très nombreuses études s'intéressent au rôle des communautés d'invertébrés dans les processus physico-chimiques et biologiques du sol ( Sarr et al., 2001 ; Folgarait et al., 2003 ; Mujinya et al., 2010 ; 2014). En dehors de la classification zoologique, ces communautés peuvent être classées en 4 groupes fonctionnels basés sur la taille : (i) microfaune (moins de 0.2 mm), (ii) mésofaune (de 0.2 à 4 mm), (iii) macrofaune (4 à 100 mm) et (iv) mégafaune (plus de 100 mm) ( Bachelier, 1978).

Le groupe des macrofaunes, qui fait l'objet de cette étude, comprend essentiellement les mollusques, les lombricidés, les myriapodes, les insectes, les isoptères et les arachnides ( Lavelle et al., 1994). Ce groupe est très diversifié et très sensible à toute modification du milieu, ces divers composants répondent différemment suivant leur adaptabilité.

1.2.2. Groupes des indicateurs clés et leurs écologies

Les principaux groupes de la macrofaune du sol en fonction de leur abondance et l'importance de leurs activités dans le sol sont: les vers de terre, les termites, les fourmis, les myriapodes, diptères et coléoptères ( Lavelle & Spain, 2001). Dans le cas de cette étude, il sera question d'étudier les trois principaux groupes (verres de terre, termites et fourmis).

1.2.2.1. Vers de terre

Comme leur nom l'indique, les vers de terres (lombrics) sont des vers terrestres qui creusent dans le sol. Ils font souvent surface lorsque le sol est froid ou humide ( Ruiz et al., 2008). Ils appartiennent à l'embranchement des Annélides, qui comprend la classe des Oligochètes et des Hirudinées ( Bachelier, 1978). Ils ont un corps segmenté, divisé en deux parties (Figure 1-2) : une partie antérieure avec des segments contenant des ganglions céphaliques, les organes reproducteurs, gésiers, les glandes et les coeurs calcifiants ; et une partie postérieure vers l'arrière de l'intestin postérieur, comprenant une série de segments assez similaires ( Bachelier, 1978). A l'âge adulte, ils mesurent entre 3 et 30 cm, mais dans des cas rares, ils peuvent mesurer 75 cm à 3 m de long ( Ljungstrom & Reinecice, 1969).

Le lombricien avale la terre où il trouve ses aliments (les débris des végétaux plus ou moins décomposés) ; Ils sont donc omnivores ( Sims & Gerard, 1999). Il peut être ainsi considéré comme un animal utile ( Villeneuve & Désiré, 1965). Il respire, en effet, par la peau (on parle de la respiration cutanée).

Selon des critères morphologiques et comportementaux les vers de terre se répartissent en trois grandes catégories écologiques : les épigés, les anéciques et les endogés ( Lee, 1985 ; Da Silva, 2013).Ils sont hermaphrodites ; néanmoins, ils doivent s'accoupler pour se reproduire ( Pelosi, 2008). D'autres peuvent se reproduire sans accouplement, par auto-fertilisation ou parthénogénèse ( Sims & Gerard, 1999). Ils ont une durée de vie dépendante de l'espèce, de leur biotope et des conditions dans lesquelles ils vivent ( Lakhani & Satchell, 1970). Sous les tropiques, ils sont principalement actifs pendant les saisons des pluies ( Lavelle, 1971).

1.2.2.2. Termites

Les termites sont les insectes sociaux ( Thomas, 2006). Cela signifie qu'ils sont organisés, formant des colonies où diverses castes (différentes personnes ayant des rôles différents dans la colonie) avec un ensemble de spécialisations morphologiques et physiologiques coexistent ( Ruiz et al., 2008). Ils sont les seuls représentants de l'ordre des isoptères et les seuls insectes sociaux non hyménoptères (abeilles, guêpes, fourmis) ( Inward et al. 2007 ; Legendre et al., 2008). Ils utilisent efficacement le bois et les résidus végétaux pauvre en nutriments (cellulose) ( Decaëns et al., 1994). En se basant sur leurs différents régimes alimentaires, quatre groupes sont distingués ( Bourguignon et al., 2011 D:\Trésor\Trésor\Mon Mémoire\Trésor Docs Chap 1\2008_Lefebvre_T_these (most important for termites).pdf) : (1) Les xylophages, qui vivent plus ou moins dans le bois ; (2) Les champignonnistes, qui consomment du bois, des feuilles et des herbes et vivent en symbioses avec des champignons dans des chambres appelée meules à champignon ; (3) Les fourrageurs, qui consomment des herbes et de la litière ; (4) Les humivores, qui se nourrissent d'humus et sont parfois géophages.

Les termites connaissent une métamorphose progressive et différentes voies de développement conduisent à trois ou plusieurs castes terminales différentes qui sont polymorphes ( Lavelle & Spain 2001). Leur cycle de vie commence par l'oeuf ; le développement de l'oeuf aboutit à la larve. À partir de cette étape, certains individus deviennent des soldats et d'autres des ouvriers ( Lavelle & Spain 2001).Une colonie de termites typique comprend des nymphes (jeunes, individus semi-matures), les travailleurs, les soldats et les individus reproducteurs des deux sexes, parfois avec plusieurs reines de ponte (Figure 1-3).

1.2.2.3. Fourmis

Les fourmis sont des insectes sociaux formant des colonies, appelées fourmilières (Figure 1-5d), parfois extrêmement complexes, contenant de quelques dizaines à plusieurs millions d'individus ( Deneubourg, 1991). Elles peuvent se produire en grand nombre dans les sols et sur leurs surfaces.

Les fourmis sont classées dans la famille des Formicidae, dans l'ordre des hyménoptères, c'est à dire des insectes dont les deux paires d'ailes sont membraneuses et fines ( Ouadfel, 2006). Cette famille est subdivisée en 11 sous-familles et compte approximativement 10 000 espèces ( Benyamina, 2013).

Les fourmis mesurent généralement 0.01 à 3 cm, et pesant de 1 à 150 mg. Elles ont un corps constitué principalement de muscles enveloppés dans une carapace chitineuse très résistante. On peut observer que le corps de la fourmi est divisé en trois parties majeures (la tête, le thorax et l'abdomen) bien reconnaissables ( Ouadfel, 2006). Même si la plupart des fourmis sont asexuées, certaines présentent un système reproductif mâle ou femelle ( Ouadfel, 2006).

1.3. Structures biogéniques générées par les activités de la macrofaune du sol

1.3.1. Galeries des vers de terre

Le nombre de galeries dans un sol dépend de l'abondance des vers de terre, mais peut atteindre plusieurs centaines par m² ( Lee, 1985). Dans les sites avec des communautés de vers de terre importantes, le volume des galeries contribue pour une grande part aux pores du sol et fournit ainsi une voie de passage pour l'air et l'eau dans le sol ( Tomlin et al., 1995). Les expérimentations en microcosmes ont montré que les galeries de L. terrestris augmentaient de 8 à 9 fois la conductivité hydraulique ( Joschko et al., 1989). Des études au champ (in situ) confirmé ces résultats en montrant un transfert d'eau par les galeries de L. terrestris ( Edwards et al., 1992) et une forte corrélation du taux d'infiltration avec la longueur, la surface et le volume des galeries d'un ver anécique Scherotheca gigas mifuga ( Bouché & Al-Addan, 1997).

Cependant, le seul inconvénient enregistré jusque-là est que les galeries de vers de terre peuvent accélérer le transfert en profondeur des produits phytosanitaires vers les nappes phréatiques( Pelosi, 2008).

1.3.2. Turricules de vers de terre

Les vers de terre ingèrent les sols, puis les excrètent à la surface du sol (turricules) ou dans les galeries (fèces) ( Huynh, 2009). Selon leur diamètre, ils peuvent être granulaires, produits par les épigés (très petits et formés par des boulettes fécales isolées) ou globulaires, produits par les endogés et les anéciques (plus grandes et formées de grands agrégats) (Lee, 1985). La quantité de turricules produite peut aller de 40 à 50 tonnes ha^-1 par an, ce qui représente une épaisseur de sol de 3 à 4 mm (Lee, 1985).

1.3.3. Termitières

Les termitières (Figure 1-5c) sont parmi les caractéristiques les plus remarquables en Afrique subsaharienne, en particulier dans les paysages de savane ( Mujinya et al., 2014). Les termitières sont de divers types ( Grassé, 1984a). Elles sont la partie épigée d'un nid de termites d'origine hypogée ( Bachelier, 1978 ; Thomas, 2006). Par conséquent, les termitières ont au moins une partie de leur structure en dessous de la surface du sol. En Afrique, les termites construisent la moitié de la biomasse des plaines. Leurs nids peuvent se produire dans des endroits différents, par exemple dans le bois en vie ou des arbres morts, dans des endroits souterrains, dans d'autres nids formés par d'autres espèces de termites. Différentes études ( Mujinya et al., 2011 ; Stewart et al., 2011 ; Abe et al., 2016) ont démontré que les sols de termitières présentaient des caractères bien particuliers.

1.3.4. Fourmilières

La fourmilière classique (Figure 1-5d) est constituée par un ensemble de cellules réunies entre elles par un réseau complexe de galeries qui peut être très important. Dans ces cellules, les fourmis déposent les oeufs, les larves et les nymphes ( Harun, 2003 ; Benyamina, 2013).

Figure 1-5 :Structures biogéniques produites par la macrofaune du sol : (a) Galerie de vers de terre tapissé de déjections, (b) Turricules de vers de terre, (c) termitière, (d) fourmilière (photos Muganguzi, 2016).

1.4. Relations entre la macrofaune du sol et les facteurs abiotiques du milieu

La macrofaune du sol est très sensible à toutes modification des conditions abiotiques du milieu ; ses divers composants répondent différemment suivant leur adaptabilité ( Lavelle et al., 1994).

1.4.1. Régime air-eau

Les lombriciens sont composés à 80-90% d'eau lorsqu'ils sont pleinement hydratés ( Lee, 1985 ; Avel, 1959). D'une manière générale, les vers de terre recherchent l'humidité et craignent plus la sécheresse qu'une immersion temporaire. C'est ainsi qu'ils restent très sensibles aux faibles humidités. Ils ont une respiration cutanée, qui n'est possible que si leur peau est maintenue humide ( Bachelier, 1978). Leur respiration croît avec la température ; mais, ils fuient les atmosphères à plus de 25 % de CO₂.

Comme les vers de terre, les termites et les fourmis sont très susceptibles à la dessiccation. Ils doivent vivre dans une atmosphère constamment humide et l'eau leur est nécessaire pour élaborer leur salive qui chez eux joue un grand rôle, tant dans l'alimentation que dans la construction des leurs habitats (termitières et fourmilières) et le maintien de l'humidité dans ces derniers. Cependant, ce qui les rend particuliers, est qu'ils utilisent non seulement l'eau de leurs aliments et l'eau susceptible de s'accumuler en saison des pluies dans la partie d'affouillement de certaines termitières ( Boyer, 1973), mais aussi l'eau qu'ils descendent chercher si nécessaire à plusieurs mètres de profondeur ( Lepage et al., 1974), et éventuellement l'eau métabolique résultant de la décomposition des glucides (Struthers, 1970 In Watson, 1974).

1.4.2. Température du sol

La température des sols est aussi un facteur important dans la répartition de la macrofaune dans le sol. Etant poïkilothermes, les vers de terre ne peuvent pas réguler leur température corporelle et sont par conséquent très sensibles aux variations de température. Les conditions optimales de température se situent en général entre 10 et 20°C pour les espèces de régions tempérées et entre 20 et 30°C pour les zones tropicales. Peu d'espèces survivent à des températures inférieures à 0°C ou supérieures à 28°C ( Lee, 1985 ; Curry, 2004 ; Sims & Gerard, 1999).

De même, les termites sont sensibles au baisse de température, d'où l'édification des termitières. La limite de température minima est de 9°C, mais chaque espèce a ses préférences ( Pomeroy, 1977).Comme le vers de terre, les fourmis sont des animaux poïkilothermes. Cela signifie que l'activité des ouvrières va dépendre de la chaleur ambiante; plus il fait chaud, plus elles travaillent vite ( Donzé, 2011).

1.4.3. Réaction du sol (pH) et type de sol

Les vers sont absents dans des sols très acides (pH < 3.5) et sont peu nombreux dans les sols à pH < 4.5 ( Curry, 2004). Il existe un pH optimal pour chaque espèce ( Edwards & Bohlen, 1996). Les travaux de Bachelier (1978) définissent des valeurs limites de pH.

L'action directe du pH sur les termites et les fourmis est à ces jours encore mal connue. Cependant certaines études menées sur les termitières ( Mujinya et al., 2011) et les fourmilières ( Herzog et al., 1976 ; Czerwinski et al., 1971) ont relevé des valeurs de pH plus élevés sur ces structures par rapport aux sols des environs.

1.3.4. Salinité du sol

La salinisation, l'accumulation dans les sols de sels solubles dans l'eau, est une forme de pollution. La faune des sols salins est une faune spécialisée, présentant souvent un peuplement abondant mais peu diversifié. Les études menées sur les vers de terre ( Barley, 1961), ont démontré que certaines espèces sont euryhalines, mais les vers fouisseurs se rencontrent rarement où la salinité de la solution du sol excède 0,4 % (= 0,07 M par litre).

Cependant, Bernard (1951), en mettant en évidence la remontée de boulettes de sel dans les fourmilières d'Acanlholepisfrauenfeldi, a constaté que l'eau retenue par le sel de ces boulettes contribue à entretenir un degré hygrométrique optimum à l'intérieur des nids.

1.3.5. Matière organique

A part quelques bactéries autotrophes et certains protozoaires à chromatophores chlorophylliens (chloroflagellés du type euglène), l'ensemble des bactéries et des organismes de la faune du sol est hétérotrophe et trouve son énergie dans la dégradation des matières organiques ( Guild, 1955). L'énergie nécessaire à ces organismes hétérotrophes ne peut donc dépasser celle apportée par les matières organiques disponibles.

L'effet négatif d'une diminution de la ressource en matière organique à la vie de vers de terre est souvent rapportée dans la bibliographie ( Lee, 1985 ; Oyedele et al., 2006 ; Don et al., 2008). Les termites sont aussi sensibles à la baisse de la matière organique dans le sol, car la cellulose est leur aliment de base ( Bourguignon et al., 2011 D:\Trésor\Trésor\Termites, VT, Fourmis le 25.06.2016\THS-6505 (termites).pdf). Les travaux de Roy-Noël (1974) rapportent que la végétation (la matière organique) est l'un des facteurs qui guident la répartition des termites. Quant aux fourmis, la teneur de la matière organique influence activement la construction de leurs fourmilières ( De Bruyn & Conacher, 1990). L'activité ouvrière augmente avec la baisse de la matière organique dans le sol ( Lenoir et al., 2001).

1.4.6. Métaux lourds (activités minières)

Les métaux lourds ont des effets variables en fonction des espèces, du stade de développement, du mode de vie (lieu de vie et régime alimentaire) et de leur capacité d'adaptation face à la pollution. Ces effets varient également suivant la nature du métal, sa forme chimique et les propriétés du sol ( Depta et al., 1999).

Les études montrent que les vers de terre sont plus sensibles aux teneurs en métaux lourds que les autres invertébrés dans le sol ( Pizl & Josen, 1995 ; Spurgeon & Hopkin,1999 ; Spurgeon et al., 2000) et leur capacité à accumuler des métaux lourds souvent plus élevée que pour d'autres espèces animales ( Beyer et al., 1982). Les vers, placés en sols pollués, seraient ainsi en mesure de différencier la matière organique selon son niveau de contamination ( Gasse et al., 2006).

L'impact de différents éléments traces métalliques (Cuivre, Zinc, Plomb et Cadmium) sur les vers de terre a été étudié au laboratoire, en conditions contrôlées ( Nahmani et al., 2007 ; OCDE, 2004). Cependant, ces derniers sur la macrofaune du sol in situ, reste encore peu étudié à ces jours aussi bien en milieu tempéré que tropical. D'où l'objet de cette étude.

1.5. Relations entre les indicateurs clés et autres organismes du sol

La plupart des organismes du sol vivent dans une variété de relations symbiotiques. Les relations symbiotiques comprennent : mutualisme (les deux organismes bénéficient) ; commensalisme (un organisme bénéficie, l'autre non, mais pas de nuisance) ; compétition ; parasitisme (un organisme bénéficie, l'autre est lésés) ; et la prédation (un organisme bénéficie de l'autre en le tuant). Ces relations permettent à de nombreux organismes divers de vivre dans des conditions qu'ils ne pouvaient pas vivre dans leur propre chef. Ensemble, ils créent des substances et des matériaux de recyclage qui créent les conditions nécessaires à la vie dans le sol ( Ruiz et al., 2008).

Ainsi, certains groupes d'indicateurs clés présentent ces types de relations avec d'autres organismes du sol. Par exemple, les termites sont associés étroitement avec les communautés microbiennes spécifiques liées à leur digestion ( König et al., 2006 ; Warnecke et al., 2007). Il existe également une relation symbiotique entre les termites et les fourmis ; certaines espèces de termites bénéficient de la présence dans leurs nids de fourmis en se nourrissant sur leurs résidus individuelles morts ( Jaffe et al., 1995). En plus, les vers de terre servent de ressource alimentaire à bon nombre d'organismes carnivores et insectivores, de la taupe à la chouette en passant par les hérissons, les mouettes, les renards et certains coléoptères prédateurs ( Sims & Gerard, 1999).

Cependant, il y a d'autres types de relation entre les organismes du sol qui ne reposent pas sur les interactions trophiques, mais sur les structures biogéniques produites par les ingénieurs de l'écosystème. Par leurs activités, les vers de terre, les termites et les fourmis produisent une grande variété de macropores (par exemple, des galeries et des chambres) et des structures organo-minérales (par exemple les turricules des lombrics, les termitières et les nids de fourmis) qui influencent les propriétés hydrauliques, la macroagrégation et la dynamique de la matière organique dans le sol ( Lavelle, 1997) et améliorent les conditions de vie pour d'autres organismes ( Decaëns et al., 1999).

1.6. Réponses de la macrofaune du sol face aux facteurs abiotiques du milieu

Face à des agressions extérieures (conditions de température, d'humidité ou réaction à une substance ou à une agression), les organismes du sol affichent plusieurs réponses. L'un des mécanismes potentiels d'adaptation de la macrofaune à la pollution est l'évitement ( Depta et al., 1999). Les organismes du sol, face aux conditions défavorables, cessent leurs activités et entrent en léthargie pendant un certain temps ( Saussey, 1966).

Cette léthargie, chez les vers de terre, peut avoir deux formes ( Saussey, 1966) : (i) la diapause, qui est déclenchée par la dessiccation du milieu ou un agent traumatisant, comme l'ablation d'une partie du corps ; (ii) la quiescence, qui est une léthargie temporaire directement provoquée par un facteur du milieu dont la manifestation cesse dès que ce facteur disparaît.Les termites et les fourmis font souvent recours à l'hibernation (profond sommeil)pour échapper aux conditions défavorables, surtout face à une forte baisse de la température ( Donzé, 2011).

1.7. Importance de la macrofaune du sol

1.7.1. Ingénieurs de l'écosystème

Le terme d' « ingénieur de l'écosystème » a été utilisé par Jones et al. (1994) et Lawton (1994) pour désigner des organismes qui, directement ou indirectement, modifient les ressources disponibles pour d'autres organismes en provoquant des changements physiques de l'état des matériaux biotiques et abiotiques tels que le ver de terre, le termite ou la fourmi. Ils sont considérés comme les principaux ingénieurs de l'écosystème en zone tropicale ( Jones et al., 1994 ; Lavelle, 1996). D'une autre manière, ce sont des organismes qui peuvent avoir un effet déterminant sur l'abondance et le diversité d'autres organismes ( Decaëns et al., 1999 ; Jiménez & Decaëns, 2004).

Ces organismes ont souvent développé des relations de mutualisme interne avec les microorganismes du sol ( Lavelle et al., 1997). Ils se caractérisent par leur capacité à fabriquer des grosses structures organo-minérales appelées domaines fonctionnels (la drilosphère des vers de terre, le termitosphère de termites, la myrmécosphère de fourmis auxquelles s'ajoute la rhizosphère des racines) qui peuvent être épigés ou endogés. Ces structures peuvent persister durant des propriétés physiques et de dynamique de la matière organique particulières ( Lavelle, 2002).

1.7.2. Rôle dans la fertilité du sol

La fertilité d'un sol dépend à la fois de ses caractères pédogénétiques (propriétés morphologiques intrinsèques issues de la pédogénèse) et de ses caractères fonctionnels (propriétés physico-chimiques) ( Duchauffour, 1997). En agissant sur les propriétés physico-chimiques du sol, en particulier sur la structure du sol ( Lee, 1985 ; Barois, 1992), les macroinvertébrés du sol jouent un grand rôle dans la fertilité du sol.

Les galeries (Figure 1-5a), creusées par les vers de terre, favorisent le transfert de composés dans les différents horizons du sol, à la fois passivement (percolation, infiltration) mais également par le rôle fouisseur actif des espèces anéciques. Binet et al. (1993) ont montré que les parois de galeries de L. terrestris sont plus riches en Carbone organique et en Azote que le sol environnant.

Les termites déploient une activité particulièrement impressionnante pour construire leurs logis. Ces invertébrés participent indirectement à l'incorporation de la matière organique dans le sol et réalisent un travail de décompactage en remuant, dispersant et mélangeant les éléments mis en oeuvre. Les structures créées favorisent, dans le sol, une nette amélioration de la porosité, de l'aération, du régime hydrique et de la stabilité structurale ( Lavelle et al., 1991).

Chapitre 2. Milieu, Matériels et Méthodes

2.1. Milieu d'étude

2.1.1. Localisation

La présente étude a été conduite dans la province du Haut-Katanga en République Démocratique du Congo.

Le Haut-Katanga est actuellement une des 26 provinces de la République démocratique du Congo (RDC). Il faisait, jusque début mars 2015, partie dequatre districts de la province du Katanga lorsque la RDC était encore constituée de 11 provinces. Le Haut-Katanga occupe la partie la plus méridionale du pays, possède une superficie de 131 443 km² ( Kabulo, 2010) et à Lubumbashi pour chef-lieu. Cette province est délimité au Nord par la province du Haut Lomami et celle du Tanganyika ; à l'Ouest par la ville de Likasi et de Kolwezi ; à l'Est et au Sud par la Zambie. Elle est géographiquement comprise entre les parallèles 10° à 13°Sud et les méridiens 25° à 28°Est, à une altitude moyenne de 1200 mètres. Cette province est en partie située sur l'arc cuprifère (Figure 2-1). L'arc cuprifère consiste en une large bande de 600 km de long et 50 km de large, s'étendant entre la RDC et la Zambie ( François, 1974 ; Kaniki, 2008). Elle est dès lors le centre d'une activité minière intense.

2.1.2. Climat

Les travaux de Bultot (cité par Robert, 1956) sur la classification climatique du Katanga démembré, ont été fondés sur les critères de la classification de Köppen. Ainsi, deux zones climatiques de premier ordre sont distinguées dans le Haut-Katanga: Aw et Cw. La zone Aw est caractérisée par la température diurne du mois le plus froid qui est supérieure à 18°C ; la côte pluviométrique du mois le plus sec descend en dessous de 60 mm. Cependant, la zone Cw est caractérisée par la température moyenne diurne du mois le plus froids descendant en dessous de 18°C, mais reste supérieure à -3°C ( Ruwet et al., 1985; Malaisse, 1997).

Le climat du Haut-Katanga est donc tropical humide, caractérisé par une alternation des deux saisons : (i) la saison sèche dure 6 mois et 7 mois ; elle débute, en moyenne, le 20 avril et prend fin vers le 20 octobre. (ii) la saison des pluies dure 6 mois soit 230 à 240 jours de pluie du mois d'Octobre à Avril ( Kasongo, 2009). Durant la saison des pluies, il tombe une moyenne de 1200 mm, ce qui signifie qu'il ne pleut presque pas durant la saison sèche.

Le maximum moyen de température mensuelle se produit au début de la saison des pluies, soit en septembre et octobre, au moment où le soleil s'élève au zénith. Les températures maxima moyennes diurnes se dessinent en septembre et octobre et avoisinent 33°C alors que les températures minima diurnes sont généralement observées en juillet, soit 5.9°C à Lubumbashi ( Kasongo, 2009).

2.1.3. Sol

Les sols du Haut-Katanga sont très diversifiés par leur nature. La carte des sols élaborée par l'ISRIC (Van Engelen et al., 2006 in Kasongo 2009) dans le cadre de la base des données SOTER montre, la dominance de groupes des sols de référence suivants : Ferralsols, Vertisols, Cambisol et Fluvisols.

Les ferralsols, couvrant la grande partie du Haut-Katanga, sont des sols minéraux, avec plus de 20 % d'argile, à profil A-C, A-B-C, à A₁ faible, sans B textural. Ces sont caractérisés par : une réserve en minéraux altérable nulle ou faible, un rapport limon/argile inférieur à 0,2 sur roches sédimentaires et alluvions, à 0,15 sur roches éruptives et cristallophylliennes, la présence d'oxydes libres dans la fraction argileuse, une faible capacité d'échange cationique ( Sys, 1960).Les groupes de référence des Vertisols, Cambisol et Fluvisols, s'intègrent, à quelques difficultés près, dans les différentes classes des Sols Minéraux Bruts, Sols Tropicaux Récents, et Terres Noires Tropicales de la classification de l'INEAC ( Kasongo, 2009).

Le relief est caractérisé par les chaînes des montagnes de Mitwaba et de Kundelungu et le plateau d'Upemba.

2.1.4. Végétation

Les principales unités de végétation dans le Haut-Katanga sont : les forêts denses sèches, les forêts denses édaphiques, les forêts claires, les savanes et les milieux aquatiques ( Duvignaud, 1958). En effet, Lubumbashi et ses environs (Kipushi et Musoshi), sont entourés par les forêts claires de trois types : (i) la forêt claire du type «Miombo», (ii) la forêt claire à dominance de Marquesia macroura et (iii) les hautes termitières de forêt claire érigées par Macrotermes falciger ( Schmitz, 1952 ; Malaisse, 1997).

2.1.5. Sites étudiés

Deux sites ont été sélectionnés dans le cadre de cette étude. Il s'agit du bassin de sédimentation de l'entreprise minière SODIMICO situé à MUSOSHI-GARE et celui de l'ACK qui appartient à l'entreprise GCM, situé à KIPUSHI.

Le choix des sites d'étude a été motivé par les critères suivants : (i) le site doit être localisé dans la province du Haut-Katanga, (ii) le site doit être un bassin de décantation (sédimentation) d'une entreprise minière de longue date. D'autres contraintes ont également limité les choix : manque d'autorisation, accessibilité des sites, végétation...

2.1.5.1. Kipushi

Située à 30 Km à l'Ouest de la ville de Lubumbashi, la ville de KIPUSHI (11°45'40''S, 27°14'50''E et 1351 m d'altitude) abrite deux concentrateurs : l'Ancien Concentrateur de Kipushi (ACK) se trouvant dans l'enceinte des installations de la Gécamines et celui de la Compagnie Minière de Sud-Katanga (CMSK), anciennement appelé NCK (Nouveau concentrateur de Kipushi), né du partenariat entre la Gécamines et le groupe Malta Forrest ( Kaniki, 2008).

L'ACK a été mis en opération en 1935 pour traiter les minerais sulfurés cupro-zincifères de la mine de Kipushi. Il a atteint la production des 120 000 tonnes de minerais par an en 1980.

Le traitement par flottation, procédé par l'ACK, a donné d'énormes quantités de rejets qui ont atteint à partir des années 1980, 3 000 à 3 400 t/j pour 4 000 t/j de minerais alimentés. L'entreposage en surface de ces rejets de flottation remonte aux années 1960, longtemps après la mise en service du concentrateur ( Kaniki, 2008 ; Kitobo, 2009).

Ces rejets ont donc conduit à la création des bassins artificiels par la construction des digues en terre dans la vallée de la rivière Kipushi pour la rétention des particules solides après décantation (Figure 2-2). Ainsi, deux bassins ont été totalement remplis de rejets (tailings). Le troisième est actuellement utilisé par les nouvelles sociétés en place. Les études ( Kitobo et al., 2007 ; Kaniki, 2008 ; Kitobo, 2009 ; Mees et al., 2013) ont relevé les fortes concentration en métaux lourds dans les trois tailings.

2.1.5.2. Musoshi-Gare

Musoshi-Gare (12°15'10''S, 27°38'46.4''E et 1311m d'altitude) se situe à 25 Km de la cité de Kasumbalesa qui est, à son tour, située à 60 km à vol d'oiseau au Sud de Lubumbashi (Figure 2-2). Cette cité minière compte un concentrateur (SODIMICO créé en 1972) qui était alimenté par les mines souterraines de Musoshi, de Kinsenda, de Kimpe et Lubembe, faisant toutes parties de la copperbelt congolais. Les minerais alimentant le concentrateur provenaient principalement de Musoshi (minerai monométallique de cuivre 2-2.4%) et de Kinsenda (minerai monométallique de cuivre 5%) ( Kaniki, 2008).

Avec une capacité installée de 5.000 tonnes de minerais par jour, la SODIMICO effectuait une concentration par flottation au xanthate et à l'hydrosulfure de sodium (NaSH). Les minerais cuprifères sulfurés et oxydés étaient essentiellement constitués de la chalcopyrite, bromite, cuprite, malachite, chalcosine et azurite ( Kaniki, 2008). Les rejets en pulpe étaient pompés sur une colline voisine de la mine de Musoshi et de là, par gravité, ils coulaient vers le bassin de stockage (site à rejets de Shimambo). Dans le bassin, les eaux plus ou moins clarifiées par décantation, débordaient et coulaient vers la rivière Kanuampungu qui se jette dans la rivière Musoshi. La rivière Musoshi se jette dans la rivière Kafubu, qui à son tour se jette dans la Luapula. Il faut aussi noter qu'un système dit de sauvegarde avait été mis en place. En cas de panne de la pompe, au lieu que la pulpe s'entasse à l'intérieur de la concession de l'usine, elle était dirigée vers les drains des eaux d'exhaure passant par le camp des travailleurs pour se déverser dans la rivière Kanuampungu. Les stocks de rejets accumulés (tailings) sont entreposés en surface dans une optique de valorisation future ( Kaniki, 2008 ; Kitobo, 2009).

Figure 2-2: Localisation des sites étudiés dans la province du Haut-Katanga, RD. Congo (Source : Munyemba 2010, adapté par l'auteur).

2.2. Matériels

2.2.1. Matériel biologique

L'ensemble de la macrofaune du sol a constitué le matériel biologique dans la cadre de cette étude. Celle-ci est constituée essentiellement des vers de terre (lombrics), des termites, des fourmis et d'autres macroorganismes du sol.

2.2.2. Outils, appareils et réactifs

Pour une bonne conduite de cette étude, les outils, appareils et réactifs suivants ont été nécessaires : des bocaux de 500 ml (en verre) ; le formol à 4% ; une bèche ; une houe ; des sachets de conditionnement des échantillons des sols ; des sacs en plastique ; des gants en plastique ; des bottes en caoutchouc ; un mètre ruban de 50 m ; une latte de 30 cm ; un GPS (Garmin GPSMAP 64st) ; un Quadra en métal (de 50 x 50 cm) ; un tamis de 5 mm de maille à; un couteau de camping.

2.3. Méthodologie

2.3.1. Stratégie d'échantillonnage et prélèvement de la macrofaune du sol

L'échantillonnage et le prélèvement ont été réalisés en deux temps : (i) une campagne de prospection en février 2016, (ii) puis un échantillonnage complet au cours des mois de mars et avril 2016, à la fin de la saison des pluies. Cette période est la plus favorable pour l'échantillonnage de la macrofaune des sols dans les pays tropicaux ( Tondho & Lavelle, 2005 ; Lavelle & Fragoso, 2000).

Les échantillons des sols et de la macrofaune du sol ont été prélevés par la méthode standard Tropical Soil Biology and Fertility (TSBF) proposée par Anderson et Ingram (1993) consolidé et amélioré par Swift et Bignell (2001), étant donné que cette étude a été effectuée dans la région tropicale.

Cette méthode est basée sur la technique standard de référence, «bêchage-triage», mais les échantillons (monolithes) sur les parcelles sont d'abord délimités par un quadra en métal ou en bois, dont les dimensions dans le cas de cette étude ont été 50 x 50 cm et 30 cm de profondeur, avant d'être bêchés (figure 2.3). Cette profondeur est justifiée par le fait qu'en forêt tropicale, les vers de terre et beaucoup d'autres macroorganismes du sol se répartissent verticalement dans les premiers 40 cm du sol, mais sont concentrés dans les 10-30 premiers centimètres ( Fragoso & Lavelle, 1992 ; Da Silva, 2013).

Sur chaque site étudié, 5 échantillons ont été récoltés aux intervalles réguliers de 50 m, suivant un transect tracé à partir des bords du bassin de décantation jusqu'à 200 m dans la forêt. Donc, un total de 10 échantillons a été réalisé dans tous les deux sites étudié (tableau 2-1). Après son prélèvement, le monolithe de sol a été tamisé à l'aide d'un tamis de 5 mm de maille et trié à la main.

Les macroorganismes (vers de terre, termites, fourmis, etc.) extraits ont été ensuite conservés dans des bocaux hermétiques (récipients) de 500 ml (en verre), contenant une solution de formol à 4 %.

Chaque bocal été étiqueté, les informations suivantes étaient mentionnée sur chacune d'elles : la date et nombre d'identification du site ; le numéro du point sur le transect où les échantillonnages ont été effectués (1, 2, 3, 4 ou 5) ; le Microhabitat concerné (nouveau bois mort, bois pourri, butte, le sol, la litière, le sol contenant des racines, sol pollué, etc.).

Figure 2-2. Schéma descriptif d'un monolithe de sol (adapté du model d' Anderson et Ingram, 1993).

Après le triage et la conservation des macroorganismes dans les bocaux, un échantillon de sol a été prélevé entre 20 et 30 cm de profondeur par rapport à la surface, à l'aide d'une houe.

Figure 2-3 :Opérations réalisées au cours des travaux de terrain : (a), (b) et (c) prélèvement de monolithe de sol ; (d) tamisage du sol et triage des macroorganismes (photo Muganguzi, 2016)

2.3.2. Travail du laboratoire et caractérisation des sols

Les travaux au laboratoire ont consisté à l'analyse physico-chimique des échantillons des sols prélevés.

La préparation des échantillons consistait au séchage à l'étuve (à 36° C), au broyage au mortier, puis au tamisage à l'aide d'un tamis de 2 mm de maille. Cette préparation a pour but de séparer la fraction sol du non-sol.

Après préparation (séchage + émottage à 2 mm), les échantillons des sols ont été analysés au Laboratoire Agro-Pédologique de la Faculté de Sciences Agronomiques de l'Université de Lubumbashi (LAP-FSA-UNILU).

Les variables pédologiques mesurés et les méthodes utilisées pour caractériser les différents sols sont regroupés dans le Tableau 2-1 ci-dessous :

Tableau 2-2. Les variables pédologiques (physiques et chimiques) déterminés

Ces mesures ont par ailleurs donné lieu aux variables calculées suivantes : la différence entre pH_eauet pH_KCl, la teneur en matière organique (MO), le rapport C/N, la Disponibilité du Phosphore.

L'identification des macroorganismes a été réalisée au moyen d'une loupe binoculaire avec caméra (marque LAS EZ). Les macroorganismes ont été identifiés au niveau des groupes clés, à la Faculté des Sciences Agronomiques de l'UNILU. Pour chaque échantillon, le nombre d'individus de chaque groupe a été déterminé.

Figure 2-4 : Opération réalisées au laboratoire : (a) préparation des échantillons ; (b) analyse du pH et de la conductivité ; (c) analyse de l'azote et du carbone organique ; (d) et (e) analyse des Métaux lourds par XRF ; (f) analyse du Phosphore (photos Muganguzi & Ngoy B., 2016)

2.3.3. Analyses statistiques

L'abondance de la macrofaune a été estimée par le nombre d'individus par m². La diversité des espèces a été déterminée, pour chaque point d'échantillonnage, par les indices de diversité ( Harper, 1999) :

ü La richesse spécifique (S) qui correspond au nombre total d'espèces, échantillonnées par site. Elle permet de voir le nombre d'espèces que chaque site étudié regorge.

ü L'indice de Shannon-Wiener, qui prend en compte le nombre de taxons rencontrés sur le milieu. Il est calculé par la formule suivante :

Où pi est la proportion d'une espèce i par rapport au nombre total d'espèces dans le milieu d'étude (Pi = ni/N ; avec ni est le nombre d'individu pour l'espèce i et N est l'effectif total). Cet indice est nul quand il n'y a qu'un taxon et sa valeur est maximale quand tous les taxons ont la même abondance.

ü L'équitabilité (J), encore appelée régularité, mesure la répartition équitable des taxons. Elle permet de comparer des peuplements comportant des nombres de taxons différents. Elle a pour objectif d'observer l'équilibre des populations présentes. Elle est égale au rapport entre la diversité réelle calculée et la diversité théorique maximum :

J tend vers 0 lorsqu'un taxon domine largement un peuplement et est égale à 1 lorsque tous les taxons ont la même abondance.

ü La dominance (D) prend en compte la fréquence mesurée des espèces. Elle accorde plus d'importance aux espèces les plus fréquentes qu'à la richesse spécifique totale. Est donc plus sensible aux espèces les plus fréquentes qu'à la richesse spécifique totale. Elle est donnée par la formule suivante :

D est égal à 0 lorsque tous les taxons ont la même abondance et tend vers 1 lorsqu'un taxon domine largement un peuplement.

ü L'indice de Simpson (1-D) évalue la probabilité que 2 individus, tirés aléatoirement d'une population infinie de N individus appartiennent à la même espèce. Elle est donné par : 1-D. L'indice de Simpson varie entre 0 et 1. La diversité est minimale pour 1-D = 0 et la diversité est maximale pour D = 1.

Ces indices ont été calculés avec le logiciel PAST (PAleontological STatistics, version 3.12).

L'étude des relations et influence existant entres les paramètres édaphiques et les macroinvertébrés de sols de sites étudiés a passé par le test de corrélations de Pearson. La matrice des corrélations a été déterminée à l'aide du logiciel Minitab 16.2.0.

Chapitre 3. Résultats

3.1. Caractéristiques physico-chimiques des sols des sites étudiés

Cette partie du chapitre présente les sites séparément en résumant, les caractéristiques phyco-chimiques globales des sols échantillonnés dans chaque site : pH_eau, pH_KCl, conductivité électrique (CE), carbone organique (CO) et matière organique (MO), azote total (N total), rapport carbone/azote (C/N), acidité échangeable (H+Al), phosphore total (P_total) et disponible (P_disp), disponibilité en phosphore (Dispon P), potassium total (K_total), Calcium (Ca), teneurs en métaux lourds (Fer, Manganèse, Zinc, Cuivre, Baryum).

L'observation du tableau, montre qu'à Kipushi, tous les échantillons prélevés ont montré des pH très acides (< 5.5) à l'exception de l'échantillon prélevé près du bassin de décantation (KPS 1) qui présentait un pH alcalin (> 7.5), avec un pH_KCl légèrement supérieur au pH_eau. Quant au site de Musoshi, les 3 premiers échantillons (MUS 1, MUS 2, MUS 3) ont présenté des pH très acides (< 5.5) pendant que les échantillons (MUS 4 et MUS 5) restant présentent tous des pH acides (5.5 < pH = 6.0). En observant les valeurs, on remarque qu'à Kipushi, le pH devient de plus en plus acide au fur et à mesure que l'on s'éloigne du bassin de décantation pendant qu'à Musoshi, le pH devient de plus en plus alcalin (élevé) en s'éloignant du bassin de décantation.

L'analyse de la conductivité a démontréqu'à Kipushi, une forte conductivité (215.43 us/cm), étais observable près du bassin de décantation (KPS 1),alors qu'une faible conductivité (12.42 us/cm) a été observée à KPS 2. A Musoshi, l'analyse a montré une forte conductivité (26.20 us/cm) à MUS 4 tandis qu'une faible conductivité (6.19 us/cm) a été observée à MUS 1. A Kipushi, cette conductivité électrique diminue sensiblement en quittant KPS 1 à KPS 2 et de là, elle augmente peu à peu quand on s'éloigne d'avantage du bassin. Cependant, à Musoshi, elle augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne du bassin.

L'étude du tableau 3-1 révèle que le site de Kipushi présente des fortes teneurs en CO (1.9 %) et enMO (3.2 %) au niveau de KPS 1 alors qu'elle présente des faibles teneurs au niveau de KPS 3 (CO = 1.1 %, MO = 1.8 %). Quant au site de Musoshi, les fortes teneurs sont observées à MUS 4 (CO = 3.3 %, MO = 5.6 %), alors que des faibles teneurs sont enregistrées à MUS 2 (CO = 0.8 %, MO = 1.4 %). Les teneurs en ces paramètres décroissent de KPS 1 à KPS 3, mais croissent de KPS 3 à KPS 5, alors qu'à Musoshi, elles ont tendance à croitre le long du transect en s'éloignant du bassin.

En ce qui concerne l'analyse deN total, les résultats ont montré qu'à Kipushi, la plus grande teneur (0.12 %)a été observée à KPS 4 tandis qu'une faible teneur (0.10 %) a été observée à PKS 1 et à PKS 3. Par ailleurs, à Musoshi, la plus grande teneur (0.23 %) a étéobservée à MUS 4 alors que la plus faible valeur (0.09 %) a étéobservée à MUS 1. Pour tous les deux sites, l'on enregistre une augmentation de la teneur en azote suivant le transect en s'éloignant du bassin de décantation.

L'analyse du P_total a relevé, qu'à Kipushi, des fortes teneurs ont été observée à KPS 1 (638.75 ug/g sol) et à KPS 2 (633.75 ug/g sol),tandis que la plus faible teneur (488.75 ug/g sol) a été observée à KPS 4. En ce qui concerne le P_disp, la forte teneur (7.00 ug/g sol) a été observée à KPS 5 alors que la faible teneur est repérée à KPS 1. La disponibilité en P (Dispon P) a été élevée à KPS 5 (1.39 %) alors qu'elle a été faible à KPS 4 (1.31 %) et à KPS 1. Par contre, à Musoshi, la forte teneur en P_total(421.25 ug/g sol) a été observée à MUS 5 alors que la faible teneur (258.75 ug/g sol) aétéobservée à MUS 2. Concernant le P_disp, la forte teneur était repérée à MUS 3 (15.53 ug/g sol) pendant que la faible teneur était repérée à MUS 4. La disponibilité en P a été plus élevée à MUS 2 (4.70 %), alors qu'elle demeure faible à MUS 4 (1.42 %).

En étudiant l'acidité échangeable, on remarque que sur l'ensemble des échantillons prélevés à Kipushi et à Musoshi, trois (KPS 1, MUS 4 et MUS 5) n'ont pas été analysés compte tenu de leurs valeurs pH. La plus grande valeur (3.32 méq/100g) a été observée à KPS 3 et à MUS 1 (2.6 méq/100g). Elle décroit en s'éloignant du bassin à Musoshi.

La teneur en K total a été fortement élevée (15600 ppm) à KPS 1 et à MUS 3 (16600 ppm), alors que la plus faible teneur (6600 ppm) a été enregistrée à KPS 2 tandis qu'à MUS 5, une teneur plus élevée a été observée (14500 ppm).

La teneur en Ca, fortement élevée (27600ppm), a été observée à KPS 1, mais pour le reste des échantillons, (y compris l'ensemble des échantillons de Musoshi), elle reste particulièrement très faible et non détectables par l'XRF.

Concernant les métaux lourds (Fe, Mn, Cu, Ba), les analyses réalisées sur l'ensemble des échantillons des sols ont révélé que les sols environnant les deux bassins de décantation affichent des teneurs excessivement élevées par comparaison avec les teneurs moyennes normales dans la croûte terrestre, à l'exception du Zn total dont en grande partie les teneurs ont été inférieurs aux moyennes normales dans la croute terrestre. Le Cu total, présente une teneur de 53 ppm à KPS 5 et des très faibles teneurs à Musoshi, de manière spécifique à MUS 1 et à MUS 3. En général, les teneurs ont été particulièrement élevées dans les sols localisés près du bassin de décantation.

Tableau 3-1 :Résumé des caractéristiques physico-chimiques des sols des sites étudiés.

		Kipushi					Musoshi					Norme MATF
	Unité	KPS 1	KPS 2	KPS 3	KPS 4	KPS 5	MUS 1	MUS 2	MUS 3	MUS 4	MUS 5	Norme MATF
pH_eau	-	7.69	4.85	4.65	5.2	4.58	5.14	4.8	5.33	5.85	5.92	-
pH _KCl	-	8.29	4.75	4.55	4.8	3.95	4.73	4.65	4.86	5.62	5.46	-
ÄpH	-	-0.6	0.1	0.1	0.4	0.6	0.4	0.1	0.5	0.2	0.5	-
CE	us/cm	215.43	12.42	39.76	14.56	16.32	6.19	8.97	11.43	26.2	14.21	-
OC	%	1.9	1.3	1.1	1.5	1.6	1.3	0.8	1.9	3.3	2.2	-
OM	%	3.2	2.2	1.8	2.6	2.8	2.2	1.4	3.2	5.6	3.8	-
N total	%	0.1	0.11	0.1	0.12	0.11	0.09	0.07	0.13	0.23	0.14	-
C/N	-	19.0	11.8	11.0	13.6	14.5	18.6	11.4	14.6	14.3	15.7	-
H+Al	méq/100g	NA	2.44	3.32	0.92	2.04	2.6	1.8	0.76	NA	NA	-
P_total	ug/g sol	638.75	633.75	488.75	366.25	502.7	339.67	258.75	339.67	326.08	421.25	-
P_Disp	ug/g sol	2.23	5.73	6.04	4.83	7.00	13.63	12.17	15.53	4.64	6.51	-
Dispon P	%	0.34	0.90	1.23	1.31	1.39	4.01	4.70	4.57	1.42	1.55	-
K total	Ppm	15600	6600	8900	12400	12500	14800	14800	16600	16100	14500	-
Ca total	Ppm	27600	ND	ND	ND	ND	ND	ND	ND	ND	ND	-
Fe total	Ppm	33400	45100	44500	38500	28900	30500	35900	28600	21100	20600	-
Mn total	Ppm	635	131	69	156	56	76	254	358	287	292	-
Zn total	Ppm	5396	29	30	55	31	ND	ND	27	30	24	101
Cu total	Ppm	5728	83	67	64	53	38	ND	85	129	101	62.5
Ba total	Ppm	547	489	589	663	425	450	486	583	403	329	250

3.2. Abondance et diversité des macroinvertébrés des sols des sites étudiés

3.2.1. Abondance des macroinvertébrés du sol

Cette partie du chapitre va présenter, séparément, chaque site en mettant en évidence l'abondance de chaque groupe clé de la macrofaune prélevée pendant la période de l'étude.

Les abondances (densités) des macroinvertébrés des sites étudiés, en fonction de l'éloignement au bassin de décantation, sont présentées respectivement dans les tableaux 3-4 (pour Kipushi) et 3-5 (pour Musoshi).

Pour les deux sites étudiés, l'abondance absolue (densité globale) des macroinvertébrés du sol varie selon les points de prélèvement. A Kipushi, l'emplacement KPS 5 héberge la plus forte abondance (1020 ind.m^-2), alors qu'à KPS 3, il a été observé une diminution sensible de l'abondance d'ordre de 440 ind.m^-2, situation similaire au KPS 2 (420 ind.m^-2). La plus faible abondance (4 ind.m^-2) a été observée au niveau de KPS 1. Le groupe clés le plus abondant est celui des fourmis avec une abondance variant entre 0 - 960 ind.m^-2, alors que les termites ont présente une abondance variant entre 0 - 324 ind.m^-2 sur l'ensemble des points échantillonnés. Ces groupes représentent l'essentiel du peuplement. L'abondance des fourmis a été plus importante à KPS 5 tandis que celle des termites a présenté la plus forte valeur dans deux emplacements, de façon particulière à KPS 2 et à KPS 3.

Quant à Musoshi, la plus forte abondance des macroinvertébrés (1788 ind.m^-2) a été observéeà l'emplacement MUS 2, alors qu'à MUS 5, une abondance faible a été observée, (464 ind.m^-2), situation similaire en ce qui concerne MUS 4 avec 420 ind.m^-2.Il a été observé de manière exceptionnelle une faible abondance (4 ind.m^-2) au niveau de MUS 1. Le plus abondant parmi tous les groupes clés était celui des fourmis (4 - 1548 ind.m^-2) avec une valeur plus importante à MUS 2, suivi de celui des vers de terre (0 - 244 ind.m^-2) avec une valeur maximale à MUS 5.

3.2.2. Diversité des macroinvertébrésdu sol

Lors des prélèvements dans les deux sites étudiés, 3 groupes clés (vers de terre, termites et fourmis) ont été mis en évidence. Les autres espèces non identifiées (catégorisées) ont été représentées sous l'indice « Autres » qui veut dire, autres groupes de la macrofaune. La catégorisation de ces espèces est reprise dans le tableau 3-4 ainsi que leur abondance absolue et leur richesse spécifique.

L'observation de ce tableau montre que dans tous les deux sites les fourmis ont une grande proportion (48 % à Kipushi et 53 % à Musoshi). Elles sont suivies par les termites (33 %), les autres espèces de la macrofaune (13 %) et les vers de terre, qui ont une faible richesse spécifique (0.6 %). A Musoshi, les vers de terre viennent en deuxième position (23 %), suivis de de termites (21 %) et des autres (0.03 %).

Tableau 3-4 : Catégories des espèces de la macrofaune recensé dans les sites étudiés

Les indices de diversité de dominance (D), de Shannon-Wiener (H'), de Simpson (1-D) et d'équitabilité (J) ont été calculés pour chaque groupe clé, dans chaque site étudié. Le milieu est défini en fonction du point de prélèvement. Les tableaux 3-7 et 3-8 présentent la richesse spécifique de chaque groupe clé pour chaque milieu (point de prélèvement) et les indices de diversité.

La richesse spécifique (pour les deux sites) varie en fonction du point d'échantillonnage (Tableaux 3-7 et 3-8). La plus faible richesse spécifique est a été observée à 0 m du bassin de décantation. Les indices de diversité de Shannon (H') et de Simpson (1-D) suivent presque les mêmes évolutions que la richesse spécifique. Les valeurs les plus élevées étaient observées dans les deux sites à 100 m du bassin de décantation, avec respectivement H' = 1.17, 1-D = 0.64 (à Kipushi) et H' = 1.09, 1-D = 0.79 (à Musoshi). Par contre les valeurs nulles ont étaient observées à KPS 1 et MUS 1. L'équitabilité se comporte différemment des autres indices de diversité pour les deux sites ;à Kipushi, la plus grande valeur (J = 0.93) était observée à l'emplacement KPS 4 suivi de KPS 3 (J = 0.84), alors qu'à Musoshi, la plus grande valeur (J = 0.79) était observéeà MUS 3 suivi par MUS 4 (J = 0.70). Cependant, il sied de noter que ces variations n'étaient importantes.

La plus faible dominance a été observée à 100 m depuis le bassin, avec D = 0.36 pour (KPS 3) et D = 38 pour (MUS 3), alors qu'une dominance maximale (D = 1.0) a été observée à KPS 1 et MUS 1, car un seul groupe clé a été collecté sur ces points (fourmis à KPS 1 et Autres à MUS 1).

3.3. Corrélations et influence entres les paramètres physico-chimiques des sols et la macrofaune du sol.

Les matrices des corrélations entre les paramètres mesurés pour les échantillons et les macroinvertébrés des sols de sites étudiés sont présentées dans les tableaux 3-7 et 3-8 (pages 35-36). L'analyse de ces matrices permet de mettre en évidence l'influence mutuelle de ces différents paramètres et leur influence sur la macrofaune de sols étudiés.

En examinant le tableau 3-7, relatif au site de Kipushi, on découvre que plusieurs paramètres physico-chimiques corrèlent entre eux et quelques un corrèlent significativement aux différents groupes des macroinvertébrés. En s'intéressant plus particulièrement à la macrofaune du sol, on remarque que les termites sont significativement corrélé au K totalet au Fe total. Cependant, les fourmis sont en corrélation significative au CO (p < 0.05).

En faisant une analyse sur les données de Musoshi (Tableau3-8), il se dégage une corrélation significative en ce qui concerne, la macrofaune du sol et certains paramètres édaphiques. Ainsi,on remarque que les vers de terreet les termites sont significativement corrélésaux fourmis et ensemble sont corrélés significativement et négativement à l'acidité échangeable, l'exception faite en ce qui concerne les fourmis qui sont en plus corrélées significativement au Cu (p < 0.05).

Tableau 3-7 : Matrice des corrélations de Pearson des facteurs physico-chimiques et de la macrofaune du sol de Kipushi.

	pHeau	PHKCl	CE	CO	N total	H+Al	P total	P Disp	K total	Fe total	Mn total	Zn total	Cu total	Ba total	Vers	Termites	Fourmis
pHKCl	0.991 0.001
CE	0.965 0.008	0.972 0.006
CO	0.785 0.116	0.702 0.186	0.708 0.181
N total	-0.400 0.505	-0.481 0.412	-0.616 0.269	-0.020 0.975
H+Al	-0.829 0.083	-0.754 0.141	-0.682 0.205	-0.910 0.032	-0.151 0.809
P total	0.468 0.427	0.532 0.356	0.537 0.351	0.262 0.671	-0.618 0.267	-0.094 0.881
P Disp	-0.963 0.009	-0.964 0.008	-0.888 0.044	-0.660 0.225	0.284 0.643	0.816 0.092	-0.353 0.560
K total	0.713 0.177	0.625 0.260	0.683 0.204	0.879 0.050	-0.077 0.902	-0.829 0.082	-0.085 0.891	-0.612 0.272
Fe total	-0.326 0.592	-0.217 0.726	-0.329 0.589	-0.794 0.108	-0.056 0.928	0.550 0.336	0.043 0.946	0.125 0.842	-0.806 0.100
Mn total	0.998 0.000	0.994 0.001	0.965 0.008	0.774 0.125	-0.419 0.483	-0.811 0.096	0.517 0.372	-0.958 0.010	0.678 0.208	-0.304 0.619
Zn total	0.984 0.003	0.981 0.003	0.992 0.001	0.775 0.124	-0.531 0.357	-0.752 0.143	0.551 0.336	-0.906 0.034	0.705 0.184	-0.373 0.536	0.986 0.002
Cu total	0.983 0.003	0.981 0.003	0.992 0.001	0.773 0.126	-0.535 0.353	-0.748 0.146	0.556 0.330	-0.905 0.035	0.700 0.188	-0.370 0.540	0.985 0.002	1.000 0.000
Ba total	0.162 0.795	0.169 0.786	0.061 0.922	-0.161 0.796	0.228 0.713	-0.223 0.719	-0.565 0.321	-0.390 0.516	0.118 0.850	0.402 0.502	0.127 0.839	0.030 0.961	0.027 0.965
Vers	-0.487 0.405	-0.440 0.459	-0/577 0.309	-0.741 0.152	0.425 0.475	0.405 0.499	-0.504 0.387	0.234 0.705	-0.620 0.264	0.819 0.090	-0.494 0.398	-0.600 0.285	-0.600 0.285	0.678 0.209
Termites	-0.572 0.314	-0.476 0.418	-0.577 0.308	-0.838 0.076	0.092 0.883	0.703 0.185	0.109 0.861	0.425 0.476	-0.971 0.006	0.906 0.034	-0.538 0.350	-0.595 0.290	-0.591 0.294	0.053 0.932	0.717 0.173
Fourmis	-0.370 0.540	-0.446 0.452	-0.287 0.639	0.187 0.763	0.109 0.862	0.164 0.792	-0.123 0.844	0.586 0.299	0.189 0.761	-0.712 0.177	-0.377 0.532	-0.268 0.663	-0.270 0.661	-0.716 0.174	-0.589 0.296	-0.410 0.493
Autres	-0.573 0.313	-0.495 0.397	-0.492 0.400	-0.907 0.034	-0.072 0.908	0.733 0.159	-0.431 0.468	0.412 0.490	-0.626 0.259	0.763 0.133	-0.580 0.305	-0.584 0.301	-0.583 0.302	0.493 0.398	0.788 0.114	0.633 0.251	-0.366 0.545

Tableau 3-8 :Matrices des corrélations de Pearson des facteurs physico-chimiques et du la macrofaune de sol de Musoshi

	pHeau	pHKCl	CE	CO	N total	H+Al	P total	P Disp	K total	Fe total	Mn total	Zn total	Cu total	Ba total	Vers	Termites	Fourmis
pHKCl	0.952 0.012
CE	0.736 0.156	0.877 0.051
CO	0.885 0.046	0.918 0.028	0.928 0.023
N total	0.821 0.089	0.889 0.043	0.962 0.009	0.991 0.001
H+Al	-0.849 0.069	-0.868 0.056	-0.795 0.108	-0.812 0.095	-0.785 0.116
P total	0.773 0.125	0.567 0.319	0.140 0.822	0.430 0.470	0.304 0.619	-0.500 0.391
P Disp	-0.770 0.128	-0.911 0.032	-0.812 0.095	-0.734 0.158	-0.733 0.158	0.697 0.191	-0.351 0.562
K total	0.159 0.799	0.143 0.818	0.446 0.451	0.489 0.403	0.529 0.360	-0.357 0.555	-0.163 0.794	0.152 0.808
Fe total	-0.999 0.000	-0.951 0.013	-0.737 0.155	-0.892 0.042	-0.828 0.083	0.825 0.086	-0.770 0.128	0.770 0.128	-0.158 0.799
Mn total	0.365 0.546	0.380 0.528	0.466 0.429	0.407 0.496	0.412 0.491	-0.783 0.118	0.108 0.863	-0.190 0.759	0.559 0.327	-0.324 0.595
Zn total	0.490 0.402	0.597 0.288	0.875 0.052	0.821 0.088	0.876 0.051	-0.649 0.236	-0.091 0.884	-0.428 0.472	0.815 0.093	-0.491 0.401	0.567 0.319
Cu total	0.919 0.027	0.927 0.023	0.892 0.042	0.969 0.007	0.945 0.015	-0.925 0.024	0.515 0.375	-0.713 0.177	0.485 0.407	-0.914 0.030	0.587 0.298	0.782 0.118
Ba total	-0.638 0.246	-0.690 0.198	-0.382 0.525	-0.393 0.512	-0.345 0.570	0.380 0.528	-0.555 0.331	0.837 0.077	0.609 0.276	0.643 0.241	0.191 0.758	0.106 0.866	-0.376 0.533
Vers	0.721 0.169	0.737 0.156	0.614 0.271	0.596 0.289	0.562 0.324	-0.951 0.013	0.480 0.414	-0.615 0.270	0.182 0.769	-0.685 0.202	0.834 0.079	0.440 0.459	0.764 0.133	-0.375 0.534
Termites	0.658 0.228	0.754 0.141	0.778 0.121	0.677 0.210	0.684 0.202	-0.946 0.015	0.233 0.706	-0.674 0.212	0.328 0.590	-0.626 0.259	0.852 0.067	0.648 0.237	0.800 0.104	-0.296 0.628	0.947 0.014
Fourmis	-0.715 0.174	-0.522 0.367	-0.320 0.600	-0.646 0.239	-0.561 0.326	0.372 0.537	-0.759 0.137	0.203 0.743	-0.331 0.587	0.737 0.156	0.010 0.987	-0.307 0.615	-0.611 0.273	0.218 0.725	-0.168 0.787	-0.059 0.924
Autres	0.769 0.129	0.737 0.155	0.697 0.191	0.758 0.137	0.727 0.164	-0.962 0.009	0.481 0.412	-0.480 0.413	0.538 0.350	-0.742 0.151	0.868 0.056	0.676 0.210	0.891 0.042	-0.140 0.823	0.910 0.032	0.891 0.042	-0.428 0.472

Chapitre 4. Discussion

4.1. Caractéristiques physico-chimiques des sols des sites étudiés

Les analyses au laboratoire ont révélé que les sols environnant (de 50 à 200 m) le bassin de décantation à Kipushi sont principalement acides, mais à 0 m près du bassin, les sols sont alcalins avec un pH_KCl supérieur au pH_eau. Cette basicité près du bassin pourrait trouver une justification à partir de la chaux formée suite à la calcination de la castine qui est ajoutée dans la charge comme fondant. En effet, le traitement des minerais par flottation a adopté par l'ACK, faisait intervenir la chaux pour fixer le pH entre 9 et 11 ( Kaniki, 2008 ; Kitobo, 2009). Après extraction des minerais, les sous-produits (à pH très alcalin) rejetés rehaussent le niveau de pH dans le bassin de décantation. Ceci se confirme, d'ailleurs par une teneur élevée (27600 ppm) en Ca à ce point. Ces résultats corroborent ceux de Mees et al., 2013, qui ont trouvé des pH alcalins sur l'ensemble des échantillons prélevés dans ce bassin de décantation. Le fait que le pH_KCl soit supérieur au pH_eauimplique que l'AEC est supérieur à la CEC, donc les sols à KPS 1 ont une importante quantité des charges positives. Les pH_KCl supérieurs aux pH_eau ont été révélés par Kaniki (2008) et étudiant les propriétés physico-chimiques de rejets miniers.

A Musoshi, les sols environnant le bassin de décantation sont tous acides, mais une forte acidité a été observée près du bassin, tout en diminuant au fur et en mesure que l'on s'éloigne du bassin. Cette situation peut être justifiée par la présence du Soufre dans les rejets de la SODIMICO. L'hydrosulfure de sodium (NaSH) employé dans le traitement des minerais, augmentait la teneur en S dans les rejets. L'hypothèse est qu'une fois rejetés dans le bassin, ce S réagissait avec l'eau pour formait de l'acide sulfurique (H₂SO₄) et ainsi, baisser le pH du bassin de décantation. Les recherches de Kaniki (2008)ont révélé jusqu'à une teneur de 2.25 % en S total dans les rejets de cet concentrateur à l'usine. Toutefois, au cours de cette étude, l'analyse a décelé des faibles valeurs en non déterminées par XRF en s'éloignant du bassin.

La mesure de la conductivité constitue une bonne appréciation du degré de minéralisation d'un sol où chaque ion agit par sa concentration et sa conductivité spécifique. Les valeurs enregistrées, ont montré une baisse de la conductivité à Kipushi (de 215.43 us/cm à KPS 1, à 16.32 us/cm à KPS 5), mais une augmentation de celle-ci à Musoshi (de 6.19 us/cm à MUS 1, à 14.21 us/cm à MUS 5), en s'éloignant du bassin de décantation. La conductivité électrique est influencée par le pH.

Quant au CO et à la MO, les résultats montrent une tendance décroissante des teneurs en s'éloignant du bassin de Kipushi. A Musoshi, l'on enregistre une augmentation des teneurs au fur et à mesure que l'on s'éloigne du bassin. Pour ce qui concerne Phosphore total et disponible, à Kipushi, on enregistre une diminution de teneur en phosphore total, mais une augmentation de la teneur en phosphore disponible, en s'éloignant du bassin. A Musoshi, les courbes montrent une augmentation des teneurs en phosphore total et disponible en s'éloignant du bassin. Ce phénomène peut trouver explication dans la topographie associée au couvert végétal de deux sites. Dabin (1985 ; 1974)a rapportéqu'une forte pente combinée à une perte du couvert végétal conduit à la perte des éléments par lixiviation ou par ruissellement latéral surtout pour le Potassium, la Carbone organique et le Phosphore. L'érosion a pour effet de décaper la partie supérieure du sol la plus riche et d'amener en surface des couches sous-jacentes plus pauvres ; il y a aussi un effet de tassement et de destruction de la structure du sol, les pertes de matières organiques sont considérables( Roose, 1975).Le site de Kipushi regorge une forte pente et une perte excessive de la flore. Ce qui justifie les teneurs élevées en éléments chimiques près du bassin qu'à 200 m plus loin du bassin à ce site.

Les faibles valeurs de teneurs en Phosphore disponible dans les deux sites peuvent être liées à l'influence du pH. En effet, la biodisponibilité des éléments majeurs (azote, phosphore, potasse,...) comme des oligo-éléments (bore, cuivre, zinc...) dépend de leurs teneurs dans le sol, mais également du pH ( Michel, 2005). Ainsi donc, un pH trop alcalin ou acide réduit la disponibilité du phosphore dans le sol ( Hopkins, 2003 ; Demers, 2008 ; Drouet, 2010). Ceci est aussi valable pour le potassium.

Pour tous les deux sites, on enregistre une augmentation de la teneur en Azote total en s'éloignant de la source de contamination (bassin de décantions). La baisse de teneurs en Azote dans les sols près du bassin de décantation peut êtredue d'une part à la perte de l'azote nitrate (NO₃^-) en solution par lessivage ( Gouyer, 2001 ; Cattan et al., 2005) et d'autres parts, à l'activité biologique (Motisi, 2005 in Thieuleux, 2006 ; Bâ et al., 2004), d'où la capacité des microorganismes du sol à fixer l'azote atmosphérique ( Roggy et al., 2004). En se rapportant au deuxième aspect, il est donc à comprendre que la faible activité biologique (faible abondance) dans les sols près du bassin combiné au fait du lessivage entraine une perte en azote dans ces sols.

En s'intéressant plus particulièrement aux métaux lourds, les analyses ont révélé des teneurs en ETM total (principalement en Fe, Mn, Cu, Ba) dans les sols environnant les deux bassins de décantation en comparaison aux teneurs moyennes normales dans la croûte terrestre ( Foucault 1995 ; Bowen, 1979) et à celles de ces métaux dans les sols en France ( MATF, 1998) (Tableau 3-1). Mais ces valeurs restent inférieures à celles rapportée sur les sols naturels dès les collines métallicoles du Katanga dans plusieurs études de la végétation métallophyte ( Duvigneaud & Denaeyer de Smet, 1963 ; Malaisse et al., 1994 ; Ilunga, 2010, 2014). Néanmoins, ces sols nécessitant certainement des travaux de restauration. Par comparaison entre les points de chaque site étudié (à Kipushi et Musoshi), on observe la variabilité des teneurs en métaux lourds entre les sols en s'éloignant du bassin. En effet, les teneurs en métaux des sols sont en général très élevées près du bassin tout en diminuant en fonction de l'éloignement par rapport au bassin et de la position par rapport à la pente. Sauf pour le cuivre et le manganèse à Musoshi, on enregistre une diminution des teneurs pour l'ensemble des métaux (qui restent cependant supérieures à la normale) en allant du bassin jusqu'au point situé à plus de 200 m dans la forêt. La variabilité des teneurs en métaux entre les sols d'un même site minier semble être une caractéristique de la pollution minière dans la région. En effet, selon Ernst et Nelissen (2000), les teneurs en métaux totaux dans les sols proches des régions minières et des fonderies, sont élevées et très différentes d'un point à l'autres. Ces résultats révèlent que ces sites, abandonnés sans réhabilitation constituent des foyers importants d'éléments traces métalliques susceptibles d'avoir des effets contaminants durables au voisinage immédiat et même plus longue distance dans les directions des ruissellements et des vents dominants.

4.2. Abondance et diversité des macroinvertébrés des sites étudiés

L'abondance des macroinvertébrés du sol près du bassin, pour les deux sites étudiés, est de loin inférieure à celle observée jusqu'à 200 m dans la forêt. La plus grande valeur a été observée à 200 m du bassin à Kipushi et à 50 m du bassin à Musoshi. L'augmentation de l'abondance sur ces points est due l'expansion des populations des fourmis. En effet, les fourmis sont les insectes sociaux vivant en colonie ( Deneubourg, 1991). Il est donc évident que ces points sont localisés sur des fourmilières, d'où l'expansion de leur abondance lors de la collecte des données. Ces résultats sont similaires à ceux de Tondoh (2007) rapportant une augmentation de l'abondance des macroinvertébrés suite à la pullulation des populations des fourmis. L'absence totale des vers de terre à 200 m du bassin à Kipushi serait due aux activités agricoles exercées sur ce milieu. L'effet des activités agricole a déjà été rapporté dans la littérature ( Tondho, 2007 ; Zirbes et al., 2009 ; Lemtiri, 2015).

La diversité des macroinvertébrés a été étudiée en fonction de l'éloignement au bassin de décantation. Les forts indices de diversité de Shannon et Simpson ont été observées à 100 m du bassin dans tous les deux sites étudiés, pendant que les valeurs nulles sont observées à 0 m près du bassin. La répartition est plus équitable à 100 m et à 150 m du bassin. Les faibles diversités près des bassins de décantation sont probablement dues à l'immersion permanente sur ce milieu. Ce milieu est donc peu favorable au développement des macroinvertébrés en raison des conditions asphyxiques ( Lee, 1985 ; Avel, 1959 ; Boyer, 1973; Bachelier, 1978 ; Lepage et al., 1974).

4.3. Relations entre les paramètres physico-chimiques du sol et la macrofaune du sol.

Il est signalé un certain niveau d'affinité entre les paramètres de caractérisation physico-chimiques des sols et l'abondance de la macrofaune des sites étudiés. L'analyse des corrélations (tableau 3-7) a montré que les facteurs édaphiques influençant significativement la répartition de la macrofaune à Kipushi sont : K total et Fe total pour les termites, CO pour les fourmis, les vers de terre ne sont influencés par aucun paramètre. Concernant le bassin de Musoshi, l'analyse a montré que les vers de terre, les termites et les fourmis sont significativement influencés par l'acidité échangeable ; en plus, les fourmis sont significativement influencées par le cuivre totale. Ces corrélations expliquent les différentes relations (d'antagonisme et de synergie) entre ces différents paramètres physico-chimiques du sol et la répartition de la macrofaune dans les sites étudiés.

Les métaux lourds, en particulier, le cuivre, ont des effets négatifs sur la répartition des fourmis ( Eeva et al., 2004). Le cuivre en particulier, pose des stress extra à la population des fourmis en agissant sur la reproduction, la croissance et la résistance aux autres facteurs environnementaux ( Pinementel, 1994). Les corrélations négatives entre les métaux lourds (Cu) ont été reportées dans la littérature ( Rabitsch, 1997). Les recherches ( Maavara et al., 1994 ; Martin et al., 1999) ont reporté une variation des teneurs en métaux lourds le long des castes des fourmis (des ouvriers à la reine). Les résultats de cette étude montrent donc que les espèces des fourmis recensées sont probablement tolérantes aux fortes concentrations en Cu. Toutefois cette hypothèse reste à vérifier par d'autres études approfondies.

L'influence du potassium et du fer sur la répartitions des termites peut trouver justification dans l'alimentation de ces derniers ( Laker et al., 1982 ; Stewart et al., 2011). Les teneurs élevées en potassium ont déjà été observée dans les nids des fourmis ( Stewart et al., 2011 ; Jouquet et al., 2005). Cependant, les résultats obtenus au cours de cette étude ont montré un effet contradictoire. Cette situation peut être expliquée par l'effet antagoniste du fer. Il semble donc que le fer influence plus la distribution des termites que le potassium.

L'acidité échangeable influence la distribution de trois groupes (vers de terre, fourmis et termites). L'explication à ce phénomène est qu'une forte l'acidité échangeable implique une forte mobilité de l'aluminium ( Boyer, 1973). Cet aluminium a la propriété de fixer (sous forme ionique) certains cations basiques comme le potassium, la phosphore, etc. (Veitch cité par Ségalen, 1973 ; Laudelout, 1950) qui sont essentiels dans l'alimentation de la macrofaune du sol. Les recherches ( Pieri, 1974 ; Dambrine et al., 1995 ; Girard et al., 2005) ont rapporté que l'aluminium échangeable inhibait l'activité de la microflore et la macrofaune du sol.

D'une manière générale, la distribution de la macrofaune observée dans les sols environnant les deux bassins de décantation est beaucoup plus influencée par les teneurs en métaux lourds (fer et cuivre), mais aussi d'autres facteurs comme le potassium, l'acidité échangeable impliquant le pH et le carbone organique (impliquant la matière organique).Les études ont déjà mis en évidence les effets de quelques métaux lourds comme le Mercure ( Dasilva, 2013), l'Arsenic et l'Antimoine ( Jana, 2009) en milieu contrôlé. Cette étude vient donc d'ajouter un effet du cuivre et du fer dans la répartition de la macrofaune du sol, particulièrement les fourmis et les termites. Il est donc à comprendre que le complexe fertilité-métaux lourds serait à l'origine de répartition des macroinvertébrés dans les sols des sites étudiés.

Conclusion

Cette étude s'est fixé comme objectif global d'étudier l'impact des activités minières sur la macrofaune du sol. Spécifiquement, il s'agissait de caractériser les sols des sites étudiés ;d'évaluer l'abondance ainsi que la diversitéde la macrofaune ; mais aussi de relever la relation entre la macrofaune et les paramètres environnementaux. Les principaux résultats ont montré qu'à Kipushi, l'ensemble des paramètres (à l'exception du Phosphore disponible et de l'Azote total)diminuaient avec l'éloignement au bassin. Par contre, à Musoshi, tous les paramètres augmentaient avec l'éloignement au bassin. L'augmentation des teneurs en métaux lourds ont été aussi observée ; cependant, les teneurs restaient inférieures à ceux rapportéesconcernantles sols naturels des collines métallicoles.

Pour les deux sites, l'abondance et la diversité des macroinvertébrés sont élevées dans les sols localisés loin du bassin. La diversité la plus élevé était enregistré à 100 m au-delà du bassin.En ce qui concerne les relations entre la macrofaune du sol et les paramètres physico-chimiques, à Kipushi, le potassium et le fer ont influencé significativement la répartition de termite, situation similaire en ce qui concerne le carbone organique avec les fourmis. A Musoshi, l'acidité échangeable a influencé l'ensemble de la macrofaune et le cuivre a particulièrement influencé les fourmis.

Tout en ayant pas envie de limiter la recherche, les prochaines études pourront l'élargir le transect à une longue distance du bassin et multiplier les analyses afin de confirmer ou d'infirmer les théories avancées dans cette étude. Il est envisageable de mener aussi des études dans le milieu contrôlé afin d'évaluer l'impact direct de ces métaux lourds sur l'activité de la macrofaune.

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