Évaluation de la contamination par les éléments-traces métalliques dans une zone minière du Maroc oriental ^*

ARTICLE

Auteur(s) : Abdelaziz Smouni¹, Mohammed Ater², Florence Auguy³, Laurent Laplaze³, Mohammed El Mzibri¹, Fatiha Berhada⁴, Abdelkarim Filali-Maltouf⁴, Patrick Doumas³

¹CNESTEN Centre national de l'énergie, des sciences et des techniques nucléaires Laboratoire de biotechnologie des plantes UBRM-DSV BP 1382 R.P 10001 Rabat Maroc
²Faculté des sciences Université Abdelmalek Essaâdi Laboratoire « Diversité et conservation des systèmes biologiques » BP 2062 93002 Tétouan Maroc
³IRD Institut de recherche pour le développement Équipe Rhizogenèse (INRA/IRD/UM2) UMR DIAPC 911, Av. Agropolis 34394 Montpellier cedex 5 France
⁴Faculté des sciences Université Mohammed V - Agdal Laboratoire de microbiologie et biologie moléculaire Av. Ibn Batouta BP 1014 10001 Rabat Maroc

Le développement mondial de l'industrialisation a entraîné une utilisation massive de plusieurs types de minerais métallifères et une croissance importante des activités minières. Ces activités minières sont fortement polluantes et leurs impacts sur l'environnement et la santé sont à l'échelle de leur importance économique (Jung, 2001 ; Navarro et al., 2008).

La plupart des polluants miniers sont nocifs pour la faune et la flore des milieux terrestres et aquatiques. En plus des lixiviats acides et des résidus miniers qui provoquent une détérioration des écosystèmes, les éléments-traces métalliques (ETM) sont à l'origine d'effets encore plus néfastes sur les fonctions physiologiques des organismes vivants (Boularbah et al., 2006 ; Lim et al., 2007). À faibles doses, des métaux comme le fer, le zinc, le chrome et le cuivre sont nécessaires à la vie. Cependant, à fortes doses, ils sont toxiques et peuvent être à l'origine de complications fonctionnelles importantes et de troubles de santé graves. Par ailleurs, certains métaux comme le plomb, le mercure ou l'arsenic sont très toxiques et sont classés parmi les polluants dits « polluants atmosphériques dangereux » (Lee et Chon, 2003).

Plusieurs études se sont intéressées à la pollution par les ETM des sites miniers et de leurs alentours et à l'impact de ces activités sur l'environnement (Rybicka, 1995 ; Lee et al., 2001). Ces études ont montré que la pollution par les ETM peut affecter l'écosystème de manière irréversible si des mesures adéquates de protection ne sont pas prises rapidement. En raison des phénomènes d'érosion dans les zones contaminées, les ETM peuvent se retrouver dispersés dans les réseaux fluviaux ou sous forme d'aérosols à plusieurs kilomètres des sites d'origine. Cette contamination diffuse rend le phénomène encore plus dévastateur et difficile à contrôler (Bell et al., 2001 ; Schwartz et al., 2001 ; Passariello et al., 2002).

L'activité minière est l'un des piliers fondamentaux de l'économie marocaine, et le secteur des métaux a connu un développement substantiel depuis 1919. La production marocaine de plomb avait dépassé 170 000 tonnes en 1980, représentant 3,5 % de la production mondiale (Wajdini, 1998). Dans ce contexte, les mines du Maroc oriental ont largement contribué à la production nationale de plomb. Cependant, les activités minières ont conduit à une modification profonde du paysage de la région et à sa contamination par les sous-produits des traitements et les déchets rejetés.

L'objectif de ce travail est de réaliser une évaluation préliminaire du taux de pollution des sols par les éléments-traces métalliques au niveau de l'un des principaux sites miniers du Maroc oriental : le district minier de Boubker et Touissit ainsi que la fonderie d'Oued El Heimer.

Matériel et méthode

Description des sites

La fonderie d'Oued El Heimer, à proximité du village du même nom, se trouve à 33 km au sud-est de la ville d'Oujda. Cette fonderie encore en activité est spécialisée dans le traitement, la fusion et le raffinage du plomb et de l'argent. Depuis 1945, l'unité traite les minerais provenant de l'ensemble des districts miniers du Maroc oriental. À partir de 1980, suite à l'épuisement des sites marocains, la matière première est principalement importée du Mexique, du Brésil, de la Tunisie et de l'Algérie. Cette région est soumise à une forte pollution aérienne due à l'émission de gaz chargés de poussières fines qui polluent les zones avoisinantes, en particulier les zones situées dans la direction des vents dominants (N-NE). Des tentatives de reboisement de la zone avoisinant la fonderie ont été entreprises mais, en raison des fortes émissions de gaz, le massif forestier situé dans l'axe des vents dominants n'a pu résister à cette pollution (figure 2A, stations OH1 à OH7). Seuls persistent quelques arbres situés de part et d'autre de cette zone. Les sols sont également soumis à une forte pollution par une accumulation massive de scories au voisinage direct de la fonderie (figure 2B, stations OH8 à OH11). Ces scories sont disposées au bord d'un cours d'eau qui, en période de crues, en emporte une quantité importante sous forme particulaire ou dissoute. Ce lessivage peut constituer une source majeure de contamination des sols et des points d'eau avoisinants.

Les sites de Boubker et de Touissit, situés à une trentaine de kilomètres au sud de la ville d'Oujda, ont respectivement été fermés en 1975 et 2002, suite à l'épuisement des réserves, après une exploitation de près de 40 ans pour Boubker et de 75 ans pour Touissit. La source de pollution dans cette région est principalement constituée par les déchets de lavage formant des digues de sable de grande superficie. Ces sables sont facilement transportés par les vents et les précipitations sous forme particulaire. Il est important de souligner la présence de nombreuses habitations directement au pied des digues (figure 3A). Par ailleurs, certaines de ces digues ont été recouvertes par un substrat (stérile) correspondant aux matériaux résiduels directement issus du minerai extrait lors de l'exploitation de la mine. La station Toui1 correspond à la plus ancienne digue de la région de Touissit. Cette digue, recouverte depuis une dizaine d'années, a fait l'objet de reboisement par du pin. Les stations Toui2 et Toui3 sont situées respectivement sur une digue non recouverte et une digue recouverte ayant fait l'objet de reboisement par du pin et de l'acacia. La station Toui4 correspond à la digue la plus récente, en cours de recouvrement. La station Toui5 est située près de l'entrée du puits de la mine de Touissit. Les stations Toui6 et Toui7 sont situées respectivement dans les zones recouvertes et non recouvertes de la plus grande digue de Touissit. Cette digue porte un couvert épars de pin et d'acacia (figure 3B). Les stations Bou1 et Bou2 sont situées au niveau d'une digue de sable restée nue et sans traitement, ni couverture végétale (figure 3C).

Deux sites témoins – Tem1 et Tem2 - à l'écart des activités minières, ont également été utilisés. Tem1 se situe au niveau du Jbel Magaze, à 1 km de la fonderie dans le sens opposé au vent dominant et Tem2 entre Touissit et Oued El Heimer.

Les échantillons de sol ont été prélevés sur 22 stations dans les trois régions étudiées (tableau 1). Pour l'ensemble des échantillons, la partie superficielle du sol, d'une surface de 0,3 m², a été prélevée sur 10 cm de profondeur, homogénéisée et tamisée (< 2mm).

Tableau 1 Description des échantillons analysés.

Table 1. Description of analyzed samples.

Mesure du pH

Dosage des métaux

Résultats et discussion

Mesures du pH

Table 2. Amount of metallic trace elements (MTE) (mg/kg) and pollution index (IP) in samples.

Mesure de la concentration en ETM dans les sols

Les régions minières de Touissit et Boubker se caractérisent par des teneurs qui varient entre 11 et 187 ppm d'As, entre 0 et 57,5 ppm de Cd, entre 31 et 2 253 ppm de Cu, entre 0 et 12,3 ppm de Ni, entre 84 et 7 458 ppm de Pb et entre 171 et 2 256 ppm pour le Zn. Les teneurs en As, Cd et Cu sont comparables à celles trouvées dans la région de Cabezo Rajao en Espagne par Navarro et al. (2008). En revanche, les teneurs en Pb et Zn sont nettement supérieures à celles rapportées par ces auteurs.

La région d'Oued El Heimer, où se situe la fonderie, présente des teneurs en As situées entre 7 et 411 ppm, en Cd entre 0,1 et 164,5 ppm, en Cu entre 0,3 et 531,6 ppm et en Ni entre 0,1 et 34,4 ppm. Cette région se caractérise par de fortes teneurs en Zn et Pb en particulier au niveau des scories. Ces valeurs varient entre 10 et 26 776 ppm pour le Zn et entre 26 et 9 478 ppm pour le Pb. Bien que ces valeurs semblent élevées, des concentrations en Pb et Zn plus importantes ont été rapportées, en particulier autour de certaines fonderies (Baker et al., 1994 ; Saïdi, 2004).

Des variations importantes dans les concentrations en ETM pour les différents sites et pour les différentes stations soulignent une grande hétérogénéité. Ainsi, les échantillons OH8 à OH11, présentant globalement les teneurs les plus élevées en ETM, correspondent à des scories issues de la fonderie. Cependant, il existe une grande hétérogénéité des teneurs en ETM au sein d'une même classe de substrat. Par exemple, les digues de sable (Toui2, Toui6, Bou1 et Bou2) présentent une variation importante dans leur composition en Pb allant de 84 à 3 309 ppm. La variation des concentrations en ETM entre les sites et même entre les différentes zones d'un même site semble être une caractéristique de la pollution des sites miniers. Ernst et Nelissen (2000) ont montré que les concentrations en métaux totaux dans les sols orogéniques, ainsi que dans les sols proches des fonderies, sont très élevées mais très variables d'un site à l'autre.

Les échantillons récoltés aux abords de la fonderie d'Oued El Heimer, et en particulier au niveau des scories, présentent des concentrations plus élevées en As, Cd, Pb et Zn que dans les deux régions minières décrites. Les teneurs en Cu et Ni sont également importantes. De nombreux auteurs ont montré que les régions à proximité des fonderies sont extrêmement polluées par les émissions de particules riches en ETM durant le processus de fusion et leur accumulation subséquente à la surface du sol (Li et Thornton, 1993 ; Bloemen et al., 1995 ; Dudka et al., 1996). Les sols des sites de fonderies causent plus de problèmes environnementaux que les sites d'extraction, du fait que, dans ces zones, les métaux sont plus mobiles et biodisponibles (Li et Thornton, 1993).

Dans les sols d'une mine de Pb et Zn en Corée du Sud, des concentrations en Zn variant entre 329 et 25 800 ppm ont été trouvées (Jung et Thornton, 1996). Ces valeurs rentrent dans l'intervalle de variation des résidus de la région étudiée. Par ailleurs, Li et Thornton (1993) ont rapporté des concentrations en Zn atteignant 45 900 ppm dans la région minière de Shipham en Grande-Bretagne. Dans le district minier de Zaïda, Saïdi (2004) rapporte des concentrations en Zn allant jusqu'à 409 741 ppm et Boularbah et al. (2006) présente des valeurs en Zn de 108 000 ppm dans les résidus d'une mine polymétallique de la région de Guemassa au Maroc. Ces valeurs sont plus élevées que celles trouvées dans les sites étudiés.

Les concentrations en Pb dans notre site d'étude sont normalement élevées puisqu'il s'agit de mines et de sites d'exploitation dédiés au Pb, au Zn et à l'Ag. Dans d'autres études, plusieurs équipes ont trouvé des teneurs plus importantes en Pb dans les déchets miniers. Li et Thornton (1993) ont rapporté des concentrations en Pb variant de 3 280 à 28 900 ppm dans une région minière de Pb et Zn, en Grande-Bretagne. Saïdi (2004) et Boularbah et al. (2006) rapportent respectivement des valeurs de 73 936 et 30 100 ppm de Pb dans des résidus de fonderies situées dans l'Atlas marocain.

Pour le Cu, Bennisse et al. (2005) rapportent des teneurs atteignant 424 ppm dans la région minière de Draâ Sfar au Maroc. Cette valeur est comparable à la concentration trouvée dans les scories d'Oued El Heimer. Par ailleurs, des concentrations atteignant 1 400 et 1 899 ppm ont été trouvées respectivement près du site minier de Sambo en Corée du Sud (Jung et Thornton, 1996) et dans les résidus de fonderies du district minier de Zaïda (Saïdi, 2004).

Les travaux de Navarro et al. (2008) ont mis en évidence des concentrations en Cd atteignant 332 ppm dans les sols prélevés à partir d'une ancienne région minière de Pb-Zn en Espagne. Fuge et al. (1993) ont trouvé des valeurs de 980 ppm de Cd dans des sols près des mines métallifères au Pays de Galles. Saïdi (2004) rapporte des concentrations en Cd de 1 046 ppm dans le site minier de Mibladen au Maroc. Ces valeurs sont nettement plus élevées que celles trouvées dans les régions d'Oued El Heimer, Touissit et Boubker. Cependant, certains auteurs ont trouvé des valeurs en Cd proches de nos résultats. Ainsi, Boularbah et al. (2006) et Lim et al. (2007) rapportent respectivement des concentrations de 228 ppm et de 20 ppm en Cd.

Dans notre étude, excepté pour le Ni, la concentration en ETM dans les sols témoins est inférieure ou proche de la moyenne mondiale des sols non contaminés (tableau 2, VN). En revanche, la majorité des sols issus des zones qui présentent une activité minière ont des concentrations élevées en un ou plusieurs de ces éléments. Ces concentrations élevées en EMT sont donc directement liées aux activités minières qui durent depuis des décennies dans la région. Des résultats similaires ont été trouvés par de nombreux auteurs (Matthews et Thornton, 1982 ; Saïdi, 2004).

Index de pollution par les ETM dans les sols

La pollution par les métaux dans les sites miniers est généralement associée à une contamination multiple qui augmente considérablement le degré de toxicité des sols (Nimick et Moor, 1991 ; Chon et al., 1998). L'index de pollution (IP) est un critère permettant d'évaluer la toxicité d'un sol. Il permet d'identifier une contamination de type multiéléments dans les échantillons (Chon et al., 1998). Cet index est calculé par le rapport des concentrations des métaux dans le sol sur la base de valeurs ajustées correspondant aux niveaux tolérables des concentrations en métaux dans le sol (IP = (Cd/3 + Cu/100 + Pb/100 + Zn/300)/4). Ainsi, un IP supérieur à 1 correspond à un sol pollué.

Dans le cas de cette étude, l'index de pollution a été calculé pour les différents sites de prélèvement et les résultats sont reportés dans le tableau 1. Pour les stations où la concentration en Cd est inférieure au seuil de détection, la valeur est considérée comme nulle.

Les résultats obtenus montrent des valeurs d'IP très variables d'une station à une autre. Ces valeurs sont comprises entre 0,43 et 47,69. Les indices les plus bas sont obtenus sur les sols témoins et quelques sols végétalisés d'Oued El Heimer. En outre, sur les 22 échantillons testés, 17 ont des IP supérieurs à 1, confirmant la forte contamination de notre site d'étude par les ETM. Des valeurs similaires sont fréquemment observées dans les régions qui présentent des activités minières. Jung (2001) et Lee et al. (2001) rapportent des valeurs d'IP supérieures à 1 dans les sols de plusieurs régions minières en Corée. Saïdi (2004) présente des valeurs d'IP atteignant 14 dans les mines de Zaïda. Bien que dans la région étudiée les concentrations en Pb et Zn soient inférieures aux sols de Zaïda, les IP sont, pour certains échantillons, nettement supérieurs à ceux trouvés par Saïdi (2004). Sur les 20 sites pollués, 85 % des échantillons analysés ont un IP supérieur à 1, et 45 % sont très fortement pollués avec un IP supérieur à 10. Les IP les plus élevés sont enregistrés au niveau des scories aux abords de la fonderie, soulignant le caractère extrêmement toxique de ces milieux. Une analyse statistique non paramétrique (test de Wilcoxon, Statitica 7) révèle une très forte corrélation entre la valeur d'IP et les teneurs en Pb et Zn dans les milieux étudiés, et, dans une moindre mesure, avec l'As, donnant un poids particulier à ces trois éléments dans la toxicité des substrats. Ces résultats montrent que la combinaison de métaux présents dans les sols de la région de Touissit, Boubker et Oued El Heimer est extrêmement toxique. Ces ETM fournissent une source de dispersion continue et peuvent être à l'origine d'une pollution endémique de la région.

Conclusion

Malgré l'environnement hostile du milieu, plusieurs essences végétales ont été observées sur les sites et sont parfaitement adaptées aux conditions édapho-climatiques de la région. Ces espèces dites métallicoles participent à la fixation des sols et minimisent ainsi la dissémination des ETM sous l'effet de l'érosion. Certaines de ces plantes ont mis en place des processus adaptatifs leur permettant de tolérer de fortes teneurs en ETM dans le sol. Parmi celles-ci, on peut distinguer les plantes accumulatrices de métaux. Ces plantes présentent un potentiel important pour le développement de stratégies de réhabilitation des sites miniers par des approches de phytoremédiation.

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