_I p;v3 PATRICK PORTOLANO YODELiSATION ...
_I
p;v3
PATRICK PORTOLANO
YODELiSATION D E L ' A Z O T E
ii A :L s 1, 'E.STUAIRE D E L A
T Y N E ( G . B . )
par
Patrick PORTOT.#O
SOMMAXRE
I STRi~llllC’l’, 1 ON
1 * (;YcI,i; 111’ 14’ h%OTI
1.1. Cycle de l'azote
1.1.1. Sources
1.1.2. Transformations
2. ?l~rl)i~.I. 1 !;AI 1 ON
2 . 1 . 1.~ rnoo<b 1 e
2 .L. 1,~s besoins en données
2.3. CnractGristiqucs de l'estuaire de la Tyne
2.4. Rfsultats.
c13scLUsIos
0
Q
I N T R O D U C T I O N
(:CC i es: Ic r6Jsum6 d’un mcmoire r6dig6 en anglais 3 1’ issue Jc rcckr~h,rs
;h.>ill:,.!; :* i’ilnivcrsit& de Newcastle upon Tyne (G.B.) en vue d’obtenir lc? titre
#I., ?;;a:. l(*r ,)C SC. i t*liCCS de Hcs&urccs en Eau. Quatre mois fiirctlt con:mcri;s A ce
I 1’iiV.r ; 1 .
I.c mGmoirc" peut Etre obtenu aupras de Monsieur Michel, JirL’cttiur Ju ,
Ccintre p&lsgogique de 1’Ecole nationale des Ponts et Chaussées h Paris.
t
.
i,c’S 1110y~~ns p o u r rC;lliscr cette 6tude furent les suivants :
- I:n ,!;l~ernblè de données (salinité, température, oxygène dissous, s!l3;s,
.\\;* 1 ,*’*’ * NO,-N) sur 3 profondeurs en 8 stations réparties le long de l’estuaire,
i 1 :.;‘! cjc)i\\l;r:c?S i’urent collectZes mensuellement durant l’étude et les 12 mois la Pr;-
4~4’iiilrlt il 1 ‘;~i(icb d’un bateau remontant la Tyne.
- I;:l 1;11)or;iroire CquipG pour l’analyse des eaux douces et des eaux usGcs.
II A,‘ C<]l1 i j-w cl<* tcchnicicns aidait à la collecte d’échantillons et lors de l’ex:>zC-
si:nc:nt;lticfi12si
ncccssaire.
- III) iilchl;*ll’ (iyiiamiquc trnitlimcnsionncl dc qunlitC d e s e;Iux a y a n t f a i t sCs
>r’<‘riVl”; : *ri Ï ! ‘i*:;I I~;I i 1-c’ cltr la ‘(<CC~ <I\\~c*lCju~‘s olIl~~c*s ;lup;lr;lv;ll~t . 1.2 p;\\r’L iCt kI~ll.lI\\li<i\\!~~
1 ,,y’
s i ni1 J 1 (’ ,
r~.~;lds;lit s u r 1 ‘cquation d e continuit seulcmenl, 1~:s v.ifiaL idns iid
8
1 .qlticc’lll’ 1: t: Li 11 t; L 31; L supposGes connues. I.es concentrations des divc!rs,:s sltb~~t;t;1~*~‘:i
j’t,îjlsr?i o;,cei:ut‘s en résolvant l’équation de dispersion par une mcthotle de diffz-
,~t!iil:c'S :*i;lj~,
‘5 et connaissant les concentrations à tout instant aux extr6mitCs î!e
1 ‘,!sCunirc?.
CCQ i r;lv;k i ! <levrait servir de base 3 toute étude du problcme, Ii s’agissait
l:i’ ) : ;iS ii ’ uhLc;lir ila ensemble de résultats précis
que de mettre au point dos mG-
t:iO<iczS
et Je cerner les problèmes qui se posent, compte tenu de ce que l’on con-
n a i s s a i t iIGjn s u r l ’ e s t u a i r e . ’
1 .
C Y C L E D E L ’ A Z O T E ,
A N A L Y S E S E T
EX,PERIENCES
-
1.1. 1:‘1(:1,1: I)I’ 1.’ A%O’I’Ii
1.1.1.
Sri11 CCC8
-
-
1,1*5 pri fh: i;xllc*s s o u r c e s ci’azote d a n s l ’ e s t u a i r e dc l a Tync s o n t ; Ics égouts ’
t:S):;il.:;t I(!~~L*S, in r i v i è r e e l l e - m ê m e e t l e s affluents d e 2 cokeries. X cela; i l fnut
,‘à J 1 ) 1 A i c 1’ un iztportant rejet d’ammoniaque par le fond lorsque les conditions so:lt
O:r::ü,c ri)!) i C’S &ns une partie de 1’ es cuaire . Si l’apport de la Tyne en composés ~zo:.~
,h+o; ? ç rc‘ Tncilcment évalué et s’ il existe des données sur le contenu en amm:~
(;III t.i
(‘n ;.ti 1 :-;itc* de diverses eaux d’sgouts, leur teneur en azote ork;;1ni‘iuul L’~~s:c‘
1 S'i~~'II~i.'ri.:
;I,'I~ L-ü:~~~~e ct cile n’a pu être estimée que par un rapport entre 1'3~3~12
:, ,*;;;;n i C:~C 181
I ;t D.B.0. (demande biochimique en oxygene) . Ce rapport varierait entre
i;,(i’i/ ,,l i),i.;‘,O.
I.;, c*i)nlj>oSICion des rejets des cokeries est très mal connue. Les rZsultc-its de
‘3
,
es i 8 s l i ‘,’ ‘; # ’ <
. ’
..~,t~~t-il~ut-~s L~sp;tc~cs de quelques semaines avaient divers2 d’un faccwr
III d:.lil’,
: ‘1 I t’ilt’llr <‘l-l .inuilc~niaque d e s ~~1‘1^1uc:iits. IA p l u s faihlcb v;llcur t~)uX~l\\ie
i >‘t ;;/:; &I!l .;,:! t/jour) équivalait à P!US de 33 Z des rejets domestiques. 11 CST
. .
;>il:,cb 10 c a t: ,*ir 113~) i 11 s
que les décharges des cokeries soient trSs irrSguliÉrss et
fr<(*c-ss; t~tsl~t ti’Ctrc mesur&s en continu.
‘r 7
i i (‘hi >;f&’ donc d$s le départ, d’ importantes indéterminations en ce qui C~:L-
, t 1- ;- ,: : 4’s. S\\51ir-(‘C’S d “1zotc. Ces indêterminacions ne pourraient ctre lev&s I::C:IJ :>%:Y
‘LIS jr,‘<, 1”‘: ‘/a’ III~~:;~II’~*:; tl ‘<‘~ivc’r~;~~rc* o ù 1117 c,carL;lin nombre de slations cita prC1 ?v~~mr’:l2
I os
IAL~WI;~~ ;(III~~ ti’G‘:!r;intillons seraient i n s t a l l é e s .
X;I i i;c*ul.~~ils,~rnt~nt, les moyens requis pour cela dépassaient nettement Le c.Arti
Ii<’ J;r ',t-i'!;('lil <'
t
t: 1 Irll<- ,
1.1.;‘. ‘l’r;~~~~;for:n;lC
ions
_ .- -II_
;.r*.s : r.iII:;f(,rmntions tic 13 matii-re azotée en estuaire sont princi,pnlemènt !tl
i i t <i(e 1 ‘,I(,( IviL,: bnctGrienne. On distingue notamment :
- 1,’ ;,w;~~~n i f i c*tit i on qui se produit cn mGme temps que 13 tlCgraii3 t i G111 Jti 12 51.1’
* .
i i ,‘i’,’ 0 rj:;iil i C~IIC* et. résu t e de la conwrsion de l’azote organique en rmrw;li,~qu‘~.
I 1 ;Lrt)i’I’.S:;\\i:i
;h)kiv;~nt SC (iCr0uler d e f;içon aé-o u anacrobie c’cinlpc)rtc! i!’ ab\\jrd u:k\\
1: 1. 3 Ii;,’ (#ii 1~1:; ):rc,h.scs mo1i;cuTc.s protCiquc.s s o n t b r i s é e s e n pal-ypcptidcs c‘t Onzit~~;
.,~.,i;i~~:s ;,;rr (.k*rt;r i r:es bnct~rics spCcial isces e t trGs a c t i v e s sGcrétant ~12s ;>rl)tG-
,i’ (‘!;.
*
. .
I<ls!, ;,r‘i<llb i 1 s l!(l C~>L tc’ dCcomposi c i0n :$Ont ensuite 3sslmllCs r3u t1C.S;~mtnC.S
i, ii ilaI<’ 1 i-i s j;r;,iitlc* variGtC d e bactcries. Le taux d’ammonification prGsd:ic!.? pi.~~’
I:?. !, r;li:srri:s 1~ rGmc caractfre statistique (au sens de la physique ststisciqua)
:+ti le :aux tl ‘oxydation de la matière organique.
- TAI :ii trifi~*ntion : c e r t a i n e s b n c t f r i e s autorrophes t i r e n t leur énergie Cie
I ‘rl%yc
!Lit *I<f:; tic* ~‘ii~lllnl)Ili;l~jU~~ cn n i t r i t c ( c x : Nitrosomas) ct d u nitritti C i l nitr;itkN
(t,n : xi tl-“i~:;,‘tC~r).
Le taux de conversion du nitrite en nitrate étilnt. plus rr:PiL<:
i . ,, ,a* 1 t’ I .$41X Ci(' ~-0nvf~r:;ida tl’iinlIlloi~i~lc~uc~ CI1 n i t r i t e , o n observe g~rl~r;~lom~nr ~1~1 f;i;-
<I i ,‘!. 1’~~~~~‘1~~11 r’;iI icjns ~:II ni tri tc! si bien que l’on entend par nitrific*.ltiLln 1 ‘c)syJ.;-
i i .III ;;I~I!>;I 1 k: ci ‘;lni;iioriiacluc en nitrate. Ce processus rcvct une ccrt::iiih.~ imp~?Tt:liSC'k'
l~,rz+(;~1’or1 s’ intCrc~ssc? ;1ux niveaux d’oxygène dissout puisqu‘une rédustioi: de 1 mg/
; ; i i-6.’ (:Il il i VC';LII (1' ;wm~~niaque par nitrification utilise 4,6 mg/1 tf’oxyi;Gn~~.
- I,il iiGnitri.fication : lorsque les conditions sont anaérobies, certaines bai-- ’
Li’7lPS {>t!liVlJt? t utiliser les nitrates corme source d’or5.ygh-w et convertissent l’a-
Lt,:<‘ 5 1’) u s forme moléculaire. Cet azote est alors perdu pour le cycle puisque In
f j xilt io:; d’azote molCculairc dans. les estuaires est généralement considsrée comrnc
i7G;;! i i:c;II) 1 (1 .
- 1.’ ;~s:;i~i i:ifion consiste en la conversion d’azote inorganique 211 ilzc>tc or::;\\-
48
a
.
,&ir/ll3~
(AIl ; ) 11;s ~;Cnh~r;l 1 cment en la construction de moleculcs organlqws as~tGr?s 3 pnr-
:~ l r ti,* rn4): c:ci.lc's ;1zotCes plus simples. Azote organique et inùrgnniquc SOI:~ .IssiniF-
. ^
. *'fi ,jiIr 1~:s :~li;ucts et: l e phytoplancton dans des quantitCs qui sont loin J’Ztra nG-
;;1 ij;ti;bbtL*:S.
I#L!S bactCries et les protozoaires peuvent également consommer d’impor-
cAntc.s qlt;,nt i rfs d’nmmoninque,
IX:; l;l~i~ tic transformation de l’azote sont encore rrès peu CCilJi,;s. 1,‘~ c.~r;lc-
; r.rt sl;li ;".,t ic;lic* tic* In plupilrt d’entre eux r e n d l’cxpCrimcnt.~tion ncccssnire pour
1 (:II~ (1‘: tcrrii ni1 t iun ~*nr
il serait surprenant de trouver la Marne distribution d’or-
* , ,.
;:;Il# I '>I2,“:i
(1’ 1111 L*stti;ki rk’ Ti 1 ‘nutrc.
Les taux les plus souvent cit6s s o n t ha taux ’
(lu 16.r r)r<fr<m I)II cthc: i ssant ;i In cinCtique dcu Micl~3elis-~~CLlltLltl.
*
*
:;llrl~lis (lill’, compte tenu des taux de dégagement atmosphérique JonnJs dans 1~s
u~vrdi;cs spGcialisés les transferts d’ammoniac vers l’atmosphère peuvent Qtre nd-
,:“‘.
i>rl .( “‘1 li<’
!tb~ mesures d e pH faites dans la Tync ont toujours ZtG Lr,t’~ri~ari~~
1 :..
6 s4 “ .
i,:Xi’;*:ic i I,:Ni:i*;S b;T ANALYSES
- 1\\:1;11y:ic du :Ii tritc par diazotation et du nitrate pzr réduction en ,nitritej <:Cttti
rwJ;ho(ic ct;ii t automatisée.
d.
1:n auro-3nalyseur fut mont6 pour l’automatisation de ces deux der,nières mstho-
<il”: .:: . :.,~~ir mise PG rouvre aura montré qu’il ne semble pas actuelltmcct exister de
,,r“‘,*‘tis‘ 1;1;,,,.* 1 (’ C*C fiabIc faisant l’unanimité pour la détermination Je I.‘iIXotc or-
<:* i. f (ll86’ I*I IIP 1 ‘;wm~~niaquc dans les enux snum3tres pollu~cs. Par contre 1~s mGti:c>kiics
i:;iic.s cl
~.ii~I~ïll~~I.
‘ari;rlysc de nitritc et de nitrate ont don& dc bien ncil.lèurs rGsul-
‘ <.i, ‘L ci <st: apparurent être largement mentionnées dans les revues spkialis&s.
1 * 2. 2 * i~:lx<!L! <ic l’effet du fond et analyses
.--_--.
- I(t
c*(t) = Cl3 - (yco)e 1)
1)
: profondeur
c * concentration finale
H’
6 0: concentration finale
5 = 30 mg/1
et K = O,I6 m/jour en conditions anacrobies
51 = 21 mg/1 et
K = 0, II m/jour en conditions aerobies.
2 .
M O D E L I S A T I O N
‘I
. . . . 1 .
i,i: ?l(l;)l;l.i~;
!A*
ilhl(L. ! t. Uri 1 isC avait été mis au point par liobbs et F;lwcati tic” Imp~ri~!
,,* ii.1 (‘il i lri~.i~~s: ri82s (1Cl) il y 3 quelques années. Il comportait tinvirr)tl 15M in&-
< ~ S/I I L 4);)s Fslrl ~:I:I srrri(:çurCcbs en 1 programme principal, 7 sous-pro~r;~mmc~ c; 5
I r;,, : ilIl,‘.. 811’ i Ii C!I& C;i,- i 1 i ter- 1 ‘cxpl~~iL;~Lion des rtisul t;lt:s du ri~~>J;~l~~, lc% pr~~!:t’,;i\\llil~’
I .‘ 1 .;i;v1t;k.~~ ;jc’L L rans formè pour la producti,on de graphiques. ;Inc ic) i s !kb pr~~~:r.i:~r;:,~~
.
,>;i?,$,k* > w pr~i~v;li~ observer sur Ccran video un ou plusieurs des graphiques s u i v a n t ; :
- I’i-(;fl’ : 1on;;itudinal instantans de n’importe quelle variable hydrau:iquc
<II. t’~iiil:i~ii,(‘.
!< 1*
IllIt’
r:C:sure avait été faite à cet instant-là un signe appxrnissait
SI
i ’ cs;d 1-0 i t 4*or rcspondnn t .
- :‘r<lfi 1 ‘,!)scrvci lors d’une série de mesures faites en bateau et: proiil ca?-
(.k,;,: Ccit;:(;~~~.~ i)oi:lr d’nrre^t du bateau correspondait à un instant d;lf&-ent)
- L’a r ::>Lions dans le temps de n’ importe quel profil, en particulier varia-
:i c)ns nu co~;:-s cl ‘un cycle de marées.
!.c progrnmmc compils u r i l i s a i t
pour le calcul
60 s à 90 s de C.P.U. sur
i i2:
3 f)G .
Sa compilation prenait 12 s de C.P.U.
.’ . 1’ . !,ICS I:i’so r NS I<N J)ONNI:l’S
:.:L i*<;s,j1&1t.I<)n dc l’cquation d e d i s p e r s i o n necessite l a
* .
c‘ 0 Ll 113 1 S S ii Il i’ c‘
ci 2
6 ’ (; 1. , i I
iiii t iii1 tlt* 1 ‘cstuair-3 et des concentrations aux cxtr&i t2s ci tzL>ut insLnnt.
., I:I ; Ilil (*<it Ii;i i rr: long ~1~2 plus de 30 km, on suppose que plusi‘:urs pcrSr)ill:c?S puis-
*,i:nt (~01 Iccccr simul tanfment des échantillons, en divers points de l’~‘i;L\\t;\\irL\\ ou
i, ; 1’11 C!il,! i ‘,):; posscdc un moyen de locomotion extremement rapide. La vcrifizotion .
I!!i
Xttt(iiB?C'
sr:;>;~,sc~ c-n outre que 1 ‘on ait pris plusieurs donnces sur 2 cycles de ma-
r,:(‘s, ;r~i moins (pi)ur tenir compte des cycles biologiques diurnes) en pldsi~urs
;)ui;l:s t!e l’estuaire afin de décrire correctement les concentrations obsorv&s.
.I
I.,~s hI\\):iilt:cs dont nous disposions staient donc nettement insuif s3:ltcs.
4 l
(
l’st: un crst~li~ire ètroit où les conditions hydrauliques sont cr>s variables.
i !
s
, ;t<‘iki
I ’ 1. 1’ k’ st r;lrifi.C o u hicn mélnn@. L e s dEbits d’ctiagc s o n t infcri‘turs Zi
fs ;l.‘~/~# ;1<iur
3
3
1111 (!~;I>ii: nwyc*n de 4 0 m
/s crt des dcbits maxim;1uÈ; sllIGric*urs .‘ MO m 1s.
; ,-II ,--p4,1, t 5 k*nvi t-on se jettent dans 1’ e s t u a i r e c e q u i k.wrr~sIwnd ;i un flk>t JL:
.< ‘J
‘ > 1. i?l ‘vs. 1.~ p(:riodc de In marée e s t 12 h 4 2 , avec une amplitude variant de 2 m
I ‘* iii . (;la‘. I (‘SI ~~onsid~~rnl~lc pour un estuaire dont la profontfciir maximalt~ nvoi-
'tilil'
10 ill. 1.~1~ tcmpcrnturcs varient près de la côte entre 3°C et Iï”C tic en ri-
. .
V i (‘f-1’ r.'il t 1-r’ 4OC et 22°C. Une importante stratification verticale d’3xyj$bne s’in-
i’,. r 5 ,I r’: t Vk’ 1.:; le mi 1 ieu de 1 ‘estuaire existe toujours. De hautes con;wtrations
l’li ~llllll~(IlA i ;l<;ll(’ ( 3 mg/l)
sont nssociks aux conditions anacrobies. Les sonzentra-
iions m;iximl.~m en ammoniaque varient entre 0,9 mg/1 et 3,s mg/1 au cours de l’an-
,.,‘,‘. I .l”, t~tbi~s*4,~11 r;it ions t.11 ni rrnîc tlGpnswnt cxrcpt ionncl IL>mcnt 0,5 mg/!, les plus
~,.~t.r “:, I~~-~Ic‘~*III I*;II i ~II:; C;L ;IL~L obscrvCc:s
A
;III tICbut L!U ~1-1 nt~'w;)s. CI*<* i ~-si
;k’l’l -6’ t I-L!
r
$:II II (Ii. l’ii;;r;I i s ;tgricolc~s 41rainGs vers In :ryI~c!. D’3pr<>s 1~:s nwsurcs f a i ii’6 k1us
; ’ 1~ f, I i;;~ i :-Y,
i(bs proc~!ssus de nitrification ne semblent pas jouer de r;Iti impor-
i.,a:;; , C:l*<* . pourrni t êtrci attribue aux concentrations èlev6cs du fond en Lcr et
% it Lil.ii,
substances coxiqucs aux bactgries nitrifiantes à partir d’un ccrcain
* t
S c: Ci 1 4. .
1 l
;I~I !I’;rtwrt! vGrifiG qu’au bwt d’un certain nombre dc cycle de rn:lrces
Iv,,v; I’IIII ‘iljj , I ‘C;[;I~ dit 1 ‘~?st.u;lirc ne &~pend p l u s d e s wndiLi0ns Initiaikt:;. 11
‘.>‘;i ‘, i db tt,ti: te;‘ (Ii s C~&;C*, mis FI part: le cils d e s u b s t a n c e s poss&Iant des taux JC Erilns-
.
: Lo.‘:.r~rt ro1; t-+ 1 ~~VSS,
i 1 ne soit pas possible d’observer un tel état drins la wturti
; i'c' i ;t niirili t pourtant simplifié la collecte de données).
I.ib~ rGsrl?ta’is d’une Gtudc précédente furent utilisés pour le choix d’un cocf-
1 ; ( i (:~IL de dispersion. Cependant un meilleur ajustement fut trouvz avec la c~af-
i i(.icnc;
BISP - KMXN * SLOUT”U
UG%O
I)I!iP =
- SLTNTW
OlUN
u c.0
1 :: I :>; > :;i,JX C!c SLOUT é t a n t d e s param2tre.s à determineract U, I;r v i LI*S:+~- ,!u
t Sr~2r;ir1C,
positive vers la mer. Avec les 2 coefficients de dispcrsioa uti lisC;s, :II
;i~i,ti i. 1 4‘ ncb fut plus sensible pour les substances conservarives ,‘ un accroissemcn
C O N C L U S I O N
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PATRICK PORTOLANO
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ii A :L s 1, 'E.STUAIRE D E L A
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par
Patrick PORTOT.#O
SOMMAXRE
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1 * (;YcI,i; 111’ 14’ h%OTI
1.1. Cycle de l'azote
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1.1.2. Transformations
2. ?l~rl)i~.I. 1 !;AI 1 ON
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2 .L. 1,~s besoins en données
2.3. CnractGristiqucs de l'estuaire de la Tyne
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c13scLUsIos
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(:CC i es: Ic r6Jsum6 d’un mcmoire r6dig6 en anglais 3 1’ issue Jc rcckr~h,rs
;h.>ill:,.!; :* i’ilnivcrsit& de Newcastle upon Tyne (G.B.) en vue d’obtenir lc? titre
#I., ?;;a:. l(*r ,)C SC. i t*liCCS de Hcs&urccs en Eau. Quatre mois fiirctlt con:mcri;s A ce
I 1’iiV.r ; 1 .
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Ccintre p&lsgogique de 1’Ecole nationale des Ponts et Chaussées h Paris.
t
.
i,c’S 1110y~~ns p o u r rC;lliscr cette 6tude furent les suivants :
- I:n ,!;l~ernblè de données (salinité, température, oxygène dissous, s!l3;s,
.\\;* 1 ,*’*’ * NO,-N) sur 3 profondeurs en 8 stations réparties le long de l’estuaire,
i 1 :.;‘! cjc)i\\l;r:c?S i’urent collectZes mensuellement durant l’étude et les 12 mois la Pr;-
4~4’iiilrlt il 1 ‘;~i(icb d’un bateau remontant la Tyne.
- I;:l 1;11)or;iroire CquipG pour l’analyse des eaux douces et des eaux usGcs.
II A,‘ C<]l1 i j-w cl<* tcchnicicns aidait à la collecte d’échantillons et lors de l’ex:>zC-
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ncccssaire.
- III) iilchl;*ll’ (iyiiamiquc trnitlimcnsionncl dc qunlitC d e s e;Iux a y a n t f a i t sCs
>r’<‘riVl”; : *ri Ï ! ‘i*:;I I~;I i 1-c’ cltr la ‘(<CC~ <I\\~c*lCju~‘s olIl~~c*s ;lup;lr;lv;ll~t . 1.2 p;\\r’L iCt kI~ll.lI\\li<i\\!~~
1 ,,y’
s i ni1 J 1 (’ ,
r~.~;lds;lit s u r 1 ‘cquation d e continuit seulcmenl, 1~:s v.ifiaL idns iid
8
1 .qlticc’lll’ 1: t: Li 11 t; L 31; L supposGes connues. I.es concentrations des divc!rs,:s sltb~~t;t;1~*~‘:i
j’t,îjlsr?i o;,cei:ut‘s en résolvant l’équation de dispersion par une mcthotle de diffz-
,~t!iil:c'S :*i;lj~,
‘5 et connaissant les concentrations à tout instant aux extr6mitCs î!e
1 ‘,!sCunirc?.
CCQ i r;lv;k i ! <levrait servir de base 3 toute étude du problcme, Ii s’agissait
l:i’ ) : ;iS ii ’ uhLc;lir ila ensemble de résultats précis
que de mettre au point dos mG-
t:iO<iczS
et Je cerner les problèmes qui se posent, compte tenu de ce que l’on con-
n a i s s a i t iIGjn s u r l ’ e s t u a i r e . ’
1 .
C Y C L E D E L ’ A Z O T E ,
A N A L Y S E S E T
EX,PERIENCES
-
1.1. 1:‘1(:1,1: I)I’ 1.’ A%O’I’Ii
1.1.1.
Sri11 CCC8
-
-
1,1*5 pri fh: i;xllc*s s o u r c e s ci’azote d a n s l ’ e s t u a i r e dc l a Tync s o n t ; Ics égouts ’
t:S):;il.:;t I(!~~L*S, in r i v i è r e e l l e - m ê m e e t l e s affluents d e 2 cokeries. X cela; i l fnut
,‘à J 1 ) 1 A i c 1’ un iztportant rejet d’ammoniaque par le fond lorsque les conditions so:lt
O:r::ü,c ri)!) i C’S &ns une partie de 1’ es cuaire . Si l’apport de la Tyne en composés ~zo:.~
,h+o; ? ç rc‘ Tncilcment évalué et s’ il existe des données sur le contenu en amm:~
(;III t.i
(‘n ;.ti 1 :-;itc* de diverses eaux d’sgouts, leur teneur en azote ork;;1ni‘iuul L’~~s:c‘
1 S'i~~'II~i.'ri.:
;I,'I~ L-ü:~~~~e ct cile n’a pu être estimée que par un rapport entre 1'3~3~12
:, ,*;;;;n i C:~C 181
I ;t D.B.0. (demande biochimique en oxygene) . Ce rapport varierait entre
i;,(i’i/ ,,l i),i.;‘,O.
I.;, c*i)nlj>oSICion des rejets des cokeries est très mal connue. Les rZsultc-its de
‘3
,
es i 8 s l i ‘,’ ‘; # ’ <
. ’
..~,t~~t-il~ut-~s L~sp;tc~cs de quelques semaines avaient divers2 d’un faccwr
III d:.lil’,
: ‘1 I t’ilt’llr <‘l-l .inuilc~niaque d e s ~~1‘1^1uc:iits. IA p l u s faihlcb v;llcur t~)uX~l\\ie
i >‘t ;;/:; &I!l .;,:! t/jour) équivalait à P!US de 33 Z des rejets domestiques. 11 CST
. .
;>il:,cb 10 c a t: ,*ir 113~) i 11 s
que les décharges des cokeries soient trSs irrSguliÉrss et
fr<(*c-ss; t~tsl~t ti’Ctrc mesur&s en continu.
‘r 7
i i (‘hi >;f&’ donc d$s le départ, d’ importantes indéterminations en ce qui C~:L-
, t 1- ;- ,: : 4’s. S\\51ir-(‘C’S d “1zotc. Ces indêterminacions ne pourraient ctre lev&s I::C:IJ :>%:Y
‘LIS jr,‘<, 1”‘: ‘/a’ III~~:;~II’~*:; tl ‘<‘~ivc’r~;~~rc* o ù 1117 c,carL;lin nombre de slations cita prC1 ?v~~mr’:l2
I os
IAL~WI;~~ ;(III~~ ti’G‘:!r;intillons seraient i n s t a l l é e s .
X;I i i;c*ul.~~ils,~rnt~nt, les moyens requis pour cela dépassaient nettement Le c.Arti
Ii<’ J;r ',t-i'!;('lil <'
t
t: 1 Irll<- ,
1.1.;‘. ‘l’r;~~~~;for:n;lC
ions
_ .- -II_
;.r*.s : r.iII:;f(,rmntions tic 13 matii-re azotée en estuaire sont princi,pnlemènt !tl
i i t <i(e 1 ‘,I(,( IviL,: bnctGrienne. On distingue notamment :
- 1,’ ;,w;~~~n i f i c*tit i on qui se produit cn mGme temps que 13 tlCgraii3 t i G111 Jti 12 51.1’
* .
i i ,‘i’,’ 0 rj:;iil i C~IIC* et. résu t e de la conwrsion de l’azote organique en rmrw;li,~qu‘~.
I 1 ;Lrt)i’I’.S:;\\i:i
;h)kiv;~nt SC (iCr0uler d e f;içon aé-o u anacrobie c’cinlpc)rtc! i!’ ab\\jrd u:k\\
1: 1. 3 Ii;,’ (#ii 1~1:; ):rc,h.scs mo1i;cuTc.s protCiquc.s s o n t b r i s é e s e n pal-ypcptidcs c‘t Onzit~~;
.,~.,i;i~~:s ;,;rr (.k*rt;r i r:es bnct~rics spCcial isces e t trGs a c t i v e s sGcrétant ~12s ;>rl)tG-
,i’ (‘!;.
*
. .
I<ls!, ;,r‘i<llb i 1 s l!(l C~>L tc’ dCcomposi c i0n :$Ont ensuite 3sslmllCs r3u t1C.S;~mtnC.S
i, ii ilaI<’ 1 i-i s j;r;,iitlc* variGtC d e bactcries. Le taux d’ammonification prGsd:ic!.? pi.~~’
I:?. !, r;li:srri:s 1~ rGmc caractfre statistique (au sens de la physique ststisciqua)
:+ti le :aux tl ‘oxydation de la matière organique.
- TAI :ii trifi~*ntion : c e r t a i n e s b n c t f r i e s autorrophes t i r e n t leur énergie Cie
I ‘rl%yc
!Lit *I<f:; tic* ~‘ii~lllnl)Ili;l~jU~~ cn n i t r i t c ( c x : Nitrosomas) ct d u nitritti C i l nitr;itkN
(t,n : xi tl-“i~:;,‘tC~r).
Le taux de conversion du nitrite en nitrate étilnt. plus rr:PiL<:
i . ,, ,a* 1 t’ I .$41X Ci(' ~-0nvf~r:;ida tl’iinlIlloi~i~lc~uc~ CI1 n i t r i t e , o n observe g~rl~r;~lom~nr ~1~1 f;i;-
<I i ,‘!. 1’~~~~~‘1~~11 r’;iI icjns ~:II ni tri tc! si bien que l’on entend par nitrific*.ltiLln 1 ‘c)syJ.;-
i i .III ;;I~I!>;I 1 k: ci ‘;lni;iioriiacluc en nitrate. Ce processus rcvct une ccrt::iiih.~ imp~?Tt:liSC'k'
l~,rz+(;~1’or1 s’ intCrc~ssc? ;1ux niveaux d’oxygène dissout puisqu‘une rédustioi: de 1 mg/
; ; i i-6.’ (:Il il i VC';LII (1' ;wm~~niaque par nitrification utilise 4,6 mg/1 tf’oxyi;Gn~~.
- I,il iiGnitri.fication : lorsque les conditions sont anaérobies, certaines bai-- ’
Li’7lPS {>t!liVlJt? t utiliser les nitrates corme source d’or5.ygh-w et convertissent l’a-
Lt,:<‘ 5 1’) u s forme moléculaire. Cet azote est alors perdu pour le cycle puisque In
f j xilt io:; d’azote molCculairc dans. les estuaires est généralement considsrée comrnc
i7G;;! i i:c;II) 1 (1 .
- 1.’ ;~s:;i~i i:ifion consiste en la conversion d’azote inorganique 211 ilzc>tc or::;\\-
48
a
.
,&ir/ll3~
(AIl ; ) 11;s ~;Cnh~r;l 1 cment en la construction de moleculcs organlqws as~tGr?s 3 pnr-
:~ l r ti,* rn4): c:ci.lc's ;1zotCes plus simples. Azote organique et inùrgnniquc SOI:~ .IssiniF-
. ^
. *'fi ,jiIr 1~:s :~li;ucts et: l e phytoplancton dans des quantitCs qui sont loin J’Ztra nG-
;;1 ij;ti;bbtL*:S.
I#L!S bactCries et les protozoaires peuvent également consommer d’impor-
cAntc.s qlt;,nt i rfs d’nmmoninque,
IX:; l;l~i~ tic transformation de l’azote sont encore rrès peu CCilJi,;s. 1,‘~ c.~r;lc-
; r.rt sl;li ;".,t ic;lic* tic* In plupilrt d’entre eux r e n d l’cxpCrimcnt.~tion ncccssnire pour
1 (:II~ (1‘: tcrrii ni1 t iun ~*nr
il serait surprenant de trouver la Marne distribution d’or-
* , ,.
;:;Il# I '>I2,“:i
(1’ 1111 L*stti;ki rk’ Ti 1 ‘nutrc.
Les taux les plus souvent cit6s s o n t ha taux ’
(lu 16.r r)r<fr<m I)II cthc: i ssant ;i In cinCtique dcu Micl~3elis-~~CLlltLltl.
*
*
:;llrl~lis (lill’, compte tenu des taux de dégagement atmosphérique JonnJs dans 1~s
u~vrdi;cs spGcialisés les transferts d’ammoniac vers l’atmosphère peuvent Qtre nd-
,:“‘.
i>rl .( “‘1 li<’
!tb~ mesures d e pH faites dans la Tync ont toujours ZtG Lr,t’~ri~ari~~
1 :..
6 s4 “ .
i,:Xi’;*:ic i I,:Ni:i*;S b;T ANALYSES
- 1\\:1;11y:ic du :Ii tritc par diazotation et du nitrate pzr réduction en ,nitritej <:Cttti
rwJ;ho(ic ct;ii t automatisée.
d.
1:n auro-3nalyseur fut mont6 pour l’automatisation de ces deux der,nières mstho-
<il”: .:: . :.,~~ir mise PG rouvre aura montré qu’il ne semble pas actuelltmcct exister de
,,r“‘,*‘tis‘ 1;1;,,,.* 1 (’ C*C fiabIc faisant l’unanimité pour la détermination Je I.‘iIXotc or-
<:* i. f (ll86’ I*I IIP 1 ‘;wm~~niaquc dans les enux snum3tres pollu~cs. Par contre 1~s mGti:c>kiics
i:;iic.s cl
~.ii~I~ïll~~I.
‘ari;rlysc de nitritc et de nitrate ont don& dc bien ncil.lèurs rGsul-
‘ <.i, ‘L ci <st: apparurent être largement mentionnées dans les revues spkialis&s.
1 * 2. 2 * i~:lx<!L! <ic l’effet du fond et analyses
.--_--.
- I(t
c*(t) = Cl3 - (yco)e 1)
1)
: profondeur
c * concentration finale
H’
6 0: concentration finale
5 = 30 mg/1
et K = O,I6 m/jour en conditions anacrobies
51 = 21 mg/1 et
K = 0, II m/jour en conditions aerobies.
2 .
M O D E L I S A T I O N
‘I
. . . . 1 .
i,i: ?l(l;)l;l.i~;
!A*
ilhl(L. ! t. Uri 1 isC avait été mis au point par liobbs et F;lwcati tic” Imp~ri~!
,,* ii.1 (‘il i lri~.i~~s: ri82s (1Cl) il y 3 quelques années. Il comportait tinvirr)tl 15M in&-
< ~ S/I I L 4);)s Fslrl ~:I:I srrri(:çurCcbs en 1 programme principal, 7 sous-pro~r;~mmc~ c; 5
I r;,, : ilIl,‘.. 811’ i Ii C!I& C;i,- i 1 i ter- 1 ‘cxpl~~iL;~Lion des rtisul t;lt:s du ri~~>J;~l~~, lc% pr~~!:t’,;i\\llil~’
I .‘ 1 .;i;v1t;k.~~ ;jc’L L rans formè pour la producti,on de graphiques. ;Inc ic) i s !kb pr~~~:r.i:~r;:,~~
.
,>;i?,$,k* > w pr~i~v;li~ observer sur Ccran video un ou plusieurs des graphiques s u i v a n t ; :
- I’i-(;fl’ : 1on;;itudinal instantans de n’importe quelle variable hydrau:iquc
<II. t’~iiil:i~ii,(‘.
!< 1*
IllIt’
r:C:sure avait été faite à cet instant-là un signe appxrnissait
SI
i ’ cs;d 1-0 i t 4*or rcspondnn t .
- :‘r<lfi 1 ‘,!)scrvci lors d’une série de mesures faites en bateau et: proiil ca?-
(.k,;,: Ccit;:(;~~~.~ i)oi:lr d’nrre^t du bateau correspondait à un instant d;lf&-ent)
- L’a r ::>Lions dans le temps de n’ importe quel profil, en particulier varia-
:i c)ns nu co~;:-s cl ‘un cycle de marées.
!.c progrnmmc compils u r i l i s a i t
pour le calcul
60 s à 90 s de C.P.U. sur
i i2:
3 f)G .
Sa compilation prenait 12 s de C.P.U.
.’ . 1’ . !,ICS I:i’so r NS I<N J)ONNI:l’S
:.:L i*<;s,j1&1t.I<)n dc l’cquation d e d i s p e r s i o n necessite l a
* .
c‘ 0 Ll 113 1 S S ii Il i’ c‘
ci 2
6 ’ (; 1. , i I
iiii t iii1 tlt* 1 ‘cstuair-3 et des concentrations aux cxtr&i t2s ci tzL>ut insLnnt.
., I:I ; Ilil (*<it Ii;i i rr: long ~1~2 plus de 30 km, on suppose que plusi‘:urs pcrSr)ill:c?S puis-
*,i:nt (~01 Iccccr simul tanfment des échantillons, en divers points de l’~‘i;L\\t;\\irL\\ ou
i, ; 1’11 C!il,! i ‘,):; posscdc un moyen de locomotion extremement rapide. La vcrifizotion .
I!!i
Xttt(iiB?C'
sr:;>;~,sc~ c-n outre que 1 ‘on ait pris plusieurs donnces sur 2 cycles de ma-
r,:(‘s, ;r~i moins (pi)ur tenir compte des cycles biologiques diurnes) en pldsi~urs
;)ui;l:s t!e l’estuaire afin de décrire correctement les concentrations obsorv&s.
.I
I.,~s hI\\):iilt:cs dont nous disposions staient donc nettement insuif s3:ltcs.
4 l
(
l’st: un crst~li~ire ètroit où les conditions hydrauliques sont cr>s variables.
i !
s
, ;t<‘iki
I ’ 1. 1’ k’ st r;lrifi.C o u hicn mélnn@. L e s dEbits d’ctiagc s o n t infcri‘turs Zi
fs ;l.‘~/~# ;1<iur
3
3
1111 (!~;I>ii: nwyc*n de 4 0 m
/s crt des dcbits maxim;1uÈ; sllIGric*urs .‘ MO m 1s.
; ,-II ,--p4,1, t 5 k*nvi t-on se jettent dans 1’ e s t u a i r e c e q u i k.wrr~sIwnd ;i un flk>t JL:
.< ‘J
‘ > 1. i?l ‘vs. 1.~ p(:riodc de In marée e s t 12 h 4 2 , avec une amplitude variant de 2 m
I ‘* iii . (;la‘. I (‘SI ~~onsid~~rnl~lc pour un estuaire dont la profontfciir maximalt~ nvoi-
'tilil'
10 ill. 1.~1~ tcmpcrnturcs varient près de la côte entre 3°C et Iï”C tic en ri-
. .
V i (‘f-1’ r.'il t 1-r’ 4OC et 22°C. Une importante stratification verticale d’3xyj$bne s’in-
i’,. r 5 ,I r’: t Vk’ 1.:; le mi 1 ieu de 1 ‘estuaire existe toujours. De hautes con;wtrations
l’li ~llllll~(IlA i ;l<;ll(’ ( 3 mg/l)
sont nssociks aux conditions anacrobies. Les sonzentra-
iions m;iximl.~m en ammoniaque varient entre 0,9 mg/1 et 3,s mg/1 au cours de l’an-
,.,‘,‘. I .l”, t~tbi~s*4,~11 r;it ions t.11 ni rrnîc tlGpnswnt cxrcpt ionncl IL>mcnt 0,5 mg/!, les plus
~,.~t.r “:, I~~-~Ic‘~*III I*;II i ~II:; C;L ;IL~L obscrvCc:s
A
;III tICbut L!U ~1-1 nt~'w;)s. CI*<* i ~-si
;k’l’l -6’ t I-L!
r
$:II II (Ii. l’ii;;r;I i s ;tgricolc~s 41rainGs vers In :ryI~c!. D’3pr<>s 1~:s nwsurcs f a i ii’6 k1us
; ’ 1~ f, I i;;~ i :-Y,
i(bs proc~!ssus de nitrification ne semblent pas jouer de r;Iti impor-
i.,a:;; , C:l*<* . pourrni t êtrci attribue aux concentrations èlev6cs du fond en Lcr et
% it Lil.ii,
substances coxiqucs aux bactgries nitrifiantes à partir d’un ccrcain
* t
S c: Ci 1 4. .
1 l
;I~I !I’;rtwrt! vGrifiG qu’au bwt d’un certain nombre dc cycle de rn:lrces
Iv,,v; I’IIII ‘iljj , I ‘C;[;I~ dit 1 ‘~?st.u;lirc ne &~pend p l u s d e s wndiLi0ns Initiaikt:;. 11
‘.>‘;i ‘, i db tt,ti: te;‘ (Ii s C~&;C*, mis FI part: le cils d e s u b s t a n c e s poss&Iant des taux JC Erilns-
.
: Lo.‘:.r~rt ro1; t-+ 1 ~~VSS,
i 1 ne soit pas possible d’observer un tel état drins la wturti
; i'c' i ;t niirili t pourtant simplifié la collecte de données).
I.ib~ rGsrl?ta’is d’une Gtudc précédente furent utilisés pour le choix d’un cocf-
1 ; ( i (:~IL de dispersion. Cependant un meilleur ajustement fut trouvz avec la c~af-
i i(.icnc;
BISP - KMXN * SLOUT”U
UG%O
I)I!iP =
- SLTNTW
OlUN
u c.0
1 :: I :>; > :;i,JX C!c SLOUT é t a n t d e s param2tre.s à determineract U, I;r v i LI*S:+~- ,!u
t Sr~2r;ir1C,
positive vers la mer. Avec les 2 coefficients de dispcrsioa uti lisC;s, :II
;i~i,ti i. 1 4‘ ncb fut plus sensible pour les substances conservarives ,‘ un accroissemcn
C O N C L U S I O N