Memoire Online - Distribution des éléments traces métalliques dans les eaux du lac Mboli (Dizangue, littoral Cameroun)

Pour apporter des explications sur le fonctionnement hydrogéochimique des eaux étudiées ainsi que la connaissance des principales origines des paramètres physico-chimiques, l'analyse statistique multi-variée a été effectuée.

V.2.1.1. Matrice de corrélation

La matrice de corrélation présentée dans le tableau 5 avec un niveau de signification Alpha = 0,05 est appliquée au 21variables notamment : pH, T, CE, OD, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, NH4⁺, PO4^3-, F^-, SiO2, HCO3^- Cl^-, NO3^-, SO4^2-, Fe, Al, Cu, Mn, Cd.

La matrice de corrélation met en évidence de bonne corrélation entre plusieurs ions. C'est le cas observé entre :

- les ions Ca²⁺ et les ions Mg²⁺ (0,96), K⁺ (0,88), Na⁺ (0,87), NH4⁺ (0,91), HCO3^- (0,98),

- les ions Mg²⁺ et les ions K⁺ (0,96), Na⁺ (0,96), NH4⁺ (0,99), HCO3^- (0,97), Cl^- (0,97),

- les ions Na⁺ et les ions K⁺ (0,98), NH4⁺ (0,96), HCO3^- (0,92), Cl^- (0,91) ;

- les ions NH4⁺ et les ions (0,98), HCO3^- (0,93), Cl^- (0,99), SO4^2- (0,83);

De même, on rencontre des corrélations moyennes entre certains ions. C'est le cas observé entre :

- les ions Na⁺ et les ions SO4^2- (0,70) ; - les ions K⁺ et les ions SO4^2- (0,74) ; - les ions PO4^3-et les ions NO3^- (0,76).

Ces différentes corrélation inter-éléments traduisent ainsi leurs origines communes et de l'influence de chaque paramètre dans la minéralisation de ces eaux. C'est ainsi qu'un élément peut avoir plusieurs origines. Il pourrait provenir de l'action humaine mais pourrait aussi avoir des origines géogéniques d'après ces différentes corrélations.

V.2.1.2. Analyse en composantes principales

L'analyse des variables de l'ACP dans le plan factoriel F1- F2 est présentée par la figure 32. Elle montre que ce plan factoriel représente 63,45% de la variance exprimée. Le facteur F1 est le plus important, avec 41,61% de l'inertie totale, le facteur F2 représente 21,70% de la variance exprimée. Ce graphe met en exergue trois grands regroupements des paramètres étudiés dans les points d'eau :

- le groupement entouré du cercle noir, qui prend en compte les ETM (Fe, Cu, Al), le SiO2 et la conductivité électrique (CE). Ce groupement se situe du côté positif du facteur F2. Ce groupement met en évidence les apports de source anthropique (l'érosion mécanique, lessivage des sols)

- le groupement entouré du cercle rouge, qui prend en compte uniquement les paramètres chimiques (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, NH4^+-, HCO3^-, Cl^-, SO4^2-). Ce groupement se situe du côté positif du facteur F1. Ce dernier met en évidence en bonne partie une minéralisation des eaux liée au contact eau-roche (hydrolyse des minéraux).

- le groupement entouré du cercle jaune, qui prend en compte les paramètres physiques pH, température, et les paramètres chimiques PO4^3-, F^-, NO3^- et l'oxygène dissous. Ce groupement se situe du côté négatif du facteur F2. C'est un groupement d'éléments chimique associé à certains indicateurs de la qualité des eaux. Ce dernier plus diffus traduit une origine mixte (anthropique, atmosphérique, biogénique).

Par ailleurs, deux éléments ne font pas partis des groupements sus cités, notamment le Mn et Cd. Leurs positions rendent ainsi difficile leurs interprétations.

Figure 32. Projection des paramètres physico-chimiques des eaux du lac, de la source et du forage sur le plan factoriel F1 - F2.

Tableau 5. Matrice de corrélation entre les paramètres physico-chimiques des eaux du lac, de la source et du forage

Variables	pH	T	CE	OD	Ca²⁺	Mg²⁺	Na+	K⁺	NH4⁺ PO43-		F^-	Cl^-	NO3^-	SO4^2- HCO3^-	SiO2	Mn	Fe	Cu	Cd	Al
pH	1,00
T	0,38	1,00
CE	-0,23	- 0,96	1,00
OD	0,29	0,83	-0,81	1,00
Ca²⁺	0,07	- 0,07	0,13	0,15	1,00									N = 8
Mg²⁺	0,28	0,07	0,01	0,25	0,96	1,00
Na⁺	0,36	- 0,04	0,10	0,13	0,88	0,96	1,00
K+	0,36	0,11	-0,06	0,29	0,87	0,96	0,98	1,00
NH4⁺	0,35	0,18	-0,11	0,32	0,91	0,99	0,96	0,98	1,00
PO4^3-	0,42	0,25	-0,32	0,35	-0,10	-0,08	-0,14	-0,10	-0,08	1,00
F-	0,64	- 0,04	0,02	0,11	0,23	0,30	0,35	0,33	0,29	0,81	1,00
Cl^-	0,35	0,27	-0,19	0,40	0,91	0,97	0,91	0,94	0,99	- 0,05	0,26	1,00
NO3^-	0,26	0,12	-0,24	0,28	0,35	0,37	0,36	0,42	0,38	0,68	0,76	0,33	1,00
SO4^2-	-0,05	0,25	-0,25	0,31	0,87	0,84	0,70	0,74	0,83	-0,03	0,09	0,87	0,34	1,00
HCO3^-	0,14	- 0,11	0,19	0,10	0,98	0,97	0,92	0,89	0,93	-0,20	0,19	0,92	0,24	0,81 1,00
SiO2	0,05	- 0,10	0,02	-0,51	- 0,25	-0,17	0,00	-0,05	-0,09	-0,22	-0,05	-0,14	-0,12	-0,06 -0,20	1,00
Mn	0,41	0,33	-0,27	0,09	0,32	0,35	0,24	0,22	0,35	0,44	0,42	0,43	0,23	0,53 0,28	0,24	1,00
Fe	0,18	-0,06	0,18	-0,37	0,02	0,07	0,11	0,01	0,09	-0,38	-0,23	0,13	-0,63	0,10 0,13	0,56	0,49	1,00
Cu	-0,41	-0,83	0,85	-0,84	- 0,03	-0,18	-0,15	-0,31	-0,30	-0,34	-0,20	-0,31	-0,49	-0,18 0,01	0,24	-0,01	0,50	1,00
Cd	-0,30	-0,33	0,16	-0,24	- 0,70	-0,71	-0,56	- 0,55	-0,70	0,09	-0,03	-0,78	0,05	-0,75 -0,71	0,11	-0,71	-0,50	0,05	1,00
Al	-0,36	-0,22	0,11	-0,60	- 0,17	-0,20	-0,13	- 0,18	-0,17	- 0,33	-0,30	-0,19	-0,24	0,09 -0,16	0,88	0,25	0,56	0,46	0,03	1,00

Les valeurs en rouge sont significativement différentes de 0 à un niveau de signification alpha = 0,05 ; N = nombre d'échantillon

V.2.2. Origines et facteurs environnementaux qui contrôlent la qualité physico-chimique des eaux du lac et les eaux souterraines étudiées

Le facies hydrochimique (à partir du digramme de piper, 1994) et l'analyse multi-variée (à partir de la matrice de corrélation et de l'analyse en composante principale), nous ont permis à partir des résultats obtenus, de déterminer les principales origines des paramètres physico-chimiques des eaux du lac et les eaux souterraines étudiées. Il en ressort trois principales origines à savoir :

- l'origine anthropique (activités socio-économiques et agricoles pratiquées au niveau du site d'étude)

En effet, la plupart des éléments présents dans ces eaux proviennent en partis de la roche (grès ferrugineux) et des sols (sols ferralitique) qui sont drainés.

En ce qui concerne des ETM (Al, Fe, Cu, Cd, Mn), Ils sont présents dans la croute terrestre à des faibles concentrations et sont libérés par l'altération et l'érosion des roches (Elder, 1988). Le Fe et Al prédominant dans ces eaux, est dû au fait que la lithologie de la zone qui est dominée par les grès ferrugineux (roche sédimentaire détritique constituée essentiellement de quartz, feldspath et d'oxyde de fer). De manière générale, la présence des ETM dans ces eaux pourraient être dû aux phénomènes d'érosion des sols, lessivage des terrains et altération des roches.

Pour les cations majeurs (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺), les bicarbonates (HCO3^-) et la silice (SiO2), leur origine est liée à l'interaction de l'eau chargée d'agent actif (comme le CO2) et la roche. En effet, les minéraux de feldspaths (orthose, albite, anorthite, microcline) et ferromagnésiens (pyroxène, olivine, amphiboles) de la roche sont attaqués par hydrolyse et libèrent ainsi les cations majeurs (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺), les bicarbonates (HCO3^-) et la silice selon les équations à l'annexe 3. Cependant, en absence des roches carbonatées, tous les bicarbonates (HCO3^-) rencontrés sont d'origine atmosphérique (Mfonka et al., 2015). Par ailleurs, le K⁺ pourrait provenir des apports biogéniques et du pluviolessivage des sols (Mfonka et al., 2015), mais aussi des activités anthropiques notamment l'utilisation des engrais chimiques (chlorure de potassium) à des fin agricoles (Emmachoua, 2017). Le K⁺ est le cation majeur ayant la concentration la plus faible dans l'ensemble. Sa faible teneur est

vraisemblablement liée à sa faible mobilité géochimique (Wirmvem et al., 2013a) et son absoption par les plantes (Emmachoua, 2017).

Dans l'ensemble, les nitrates (NO3^-) font partis des éléments chimiques qui prédominent dans ces eaux. Ils constituent le stade final de l'oxydation de l'azote et représente la forme d'azote au degré d'oxydation le plus élevé présent dans l'eau (Ngounou, 2018). Leur origine dans ces eaux pourrait provenir l'application d'engrais, les eaux usées, les décharges rejetées directement dans les eaux de surface (Yao, 2009), les eaux de ruissellement, le lessivage des terres par les précipitations et l'oxydation de l'azote mais également de l'oxydation des nitrites par les bactéries de la nitrification suite à l'infiltration des eaux usées (Mfonka et al., 2015).

En ce qui concerne les ions chlorures (Cl^-) présents dans les eaux étudiées, la géologie de la région met en évidence l'absence de roches évaporites (halite). Leurs présences dans ces eaux pourraient donc être dus aux activités anthropiques des populations locales, notamment par l'utilisation des pesticides, des insecticides et des engrais chimique (chlorure de potassium) lors des activités agricoles et des rejets humains et animaux (Aboudi et al., 2014 ; Rakotondrabe et al., 2017b).

Les ions ammonium (NH4⁺) sont des indicateurs de pollution de l'eau par les rejets organiques d'origines agricole, domestique ou industriel. Leur présence dans les eaux étudiées seraient dues à la décomposition incomplète de la matière organique et du lessivage des sols (Emmachoua, 2017). Leur présence dans les eaux pourrait aussi s'expliquer par Les déjections animales (Audouin, 1991) mais aussi par l'utilisation de certaines gammes de fertilisants synthétiques (Bateman et al., 2007).

Les sulfates quant à eux peuvent provenir de l'oxydation des minéraux sulfurés formant le socle cristallin, mais également de l'oxydation d'espèces sulfurées dans les eaux météoriques formant des précipitations acides (Ollagnier et al., 2007) ainsi que l'utilisation d'engrais chimique et de lessive.

Pour ce qui est des fluorures, ils proviendraient de l'hydrolyse des minéraux ferromagnésien tels que la biotite mais aussi des apports atmosphériques par les pluies et la lixiviation des sols ferralitiques.

Le phosphate est l'un des éléments majeurs qui contribue à la prolifération d'algues et d'autres végétaux sur les cours d'eaux lorsqu'ils sont en concentration excessive. En effet c'est la forme sous laquelle le phosphore peut être assimilé par les êtres vivants en particulier les

végétaux. Leurs origines dans les eaux étudiées seraient liées à l'érosion et le lessivage des sols mais également par les activités anthropiques et les lessives.

Distribution des éléments traces métalliques dans les eaux du lac Mboli (Dizangue, littoral Cameroun)

V.2.1. Analyse statistique multi-variée

V.2.1.1. Matrice de corrélation

V.2.1.2. Analyse en composantes principales