I.S.1.M.INSTITUT DES SCIENCES DE L'INGENIEUR DE MONTPELLIER

·RAPPORT DE STAGE DE DEUXIEME ANNEEO.R.S.T.O.M. HYDROLOGIE

LAPAZ, BOLIVIE

SUJET :-SALINITE DES EAUXSOUTERRAINESDE L'ALTIPLANO

PARANNIE HOUPERT

Du 25 JUIN AU 8 SEPTEMBRE 1993

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2 - LA BOLIVIE, L'ALTIPLANO

La Bolivie est une République d'Amérique du Sud qui s'étend sur 1.1 million de km2 entièrement continentaux etpeuplés de 6,9 millions d'habitants à majorité indienne. La paz est la capitale, la langue officielle l'espagnol.Le pays se caractérise principalement par une grande diversité géographique et climatique (cf. figure 1). Il estcomposé de neuf départements et traversé par deux chaînes de la Cordillère des Andes (Occidentale et Orientale).Entre les deux s'étendent des plateaux dont l'altitude moyenne dépasse 3500 m. C'est la région la plus peuplée (1.5million d'habitants sur 200 000 km2

) appelée Altiplano (cf. la carte des reliefs figure 2).Ce bassin endoréique de pente faible vers le sud (environ 0.5 %0) s'étend du parallèle 14°30' au Pérou à 21°50' auChili. Le Nord de l'Altiplano est humide et la sécheresse s'accentue au fur et à mesure de la descente vers le sud. Demême la salinité augmente du lac Titicaca (eau douce-I gIl-1200 mm de pluie) vers le lac Poopo (25 gIl -alimenté

Ce rapport rend compte du travail effectué dans le cadre d'un stage de deuxième année del'l.S.l.M, option Sciences et Technologies de l'Eau. La structure d'accueil était la mission O.RS.T.O~M. en Bolivieet le responsable de stage Madame Anne COUDRAIN-RIBSTEIN, docteur ès sciences et chercheur au C.N.RS.Nous avons contribué au programme O.RS.T.O.M,.initié il y a un an., dont elle est responsable et désigné sous lenom de SALINIRES. Ce programme se déroule dans le cadre de la convention entre l'O.RS.T.O.M. etl'Universidad Mayor de San Andrés (U.MS.A.). Le stage a été effectué avec la coopération de deux instituts del'U.M.S.A. : l'Institut d'Hydraulique et d'Hydrologie (I.H.H.) et l'Instituto de Investigaci6n Qulmica (I.I.Q.).Monsieur Jorge QUINTINlLLA, qui coopère depuis 15 ans avec l'O.RS.T.O.M., est membre de l'I.I.Q. etresponsable du projet SALINIRES vis-à-vis de l'V.M.S.A. Par ailleurs, le travail de terrain a été soutenu par lesmembres de YUNTA, O.N.G. implantée dans la prOvince de Villarroel, site de l'étude et s'est effectué avec laparticipation du SENAMHI (Service National de Météorologie et d'Hydrologie) pour la topographie.

Le projet a pour objectif l'étude de la salinité des eaux souterraines de l'Altiplano Central.

1PRESENTATION

L'Institut Français de Recherche Scientifique pour le Développement en Coopération, connu sous le sigleO.R.S.T.O.M., est un établissement publique à caractère scientifique et technologique placé sous la tutelle desMinistres chargés de la recherche et de la coopération. En 1992, le budget de l'O.RS.T.O.M. a été de un milliard defrancs, son effectif est de 2500 agents dont 1500 chercheurs, ingénieurs et techniciens. L'institut est implanté dansune trentaine de pays dont II missions en Amérique Latine. Il a trois objectifs principaux : la Recherche, laCoopération et le DéveloppementLes programmes de développement concernent les thèmes de l'environnement, grands écosystèmes océaniques,aquatiques et terrestres ; agriculture en milieux tropicaux fragiles ; environnement et santé ; hommes et société enmutation.La coopération se manifeste par la participation à de grandS programmes scientifiques, l'encadrement d'élèveschercheurs, l'accueil de stagiaires, l'enseignement, les publications, colloques...L'O.RS.T.O.M. regroupe cinq départements: Terre, Océan, Atmosphère; Eaux Continentales;' Milieux e~

Activités Agricoles; Santé ; Société, Urbanisation, Développement Elle comporte sept commissions scientifiques :Géologie, géophysique ; Hydrologie, pédologie, Hydrobiologie et océanographie ; Sciences du monde végétal ;Sciences biologiques et biochimiques appliquées à l'homme ; Sciences sociales ; Sciences de l'ingénieur et de lacommunication.

1 - L'O.R.S.T.O.M.

Avant-propos

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Pour caractériser l'évolution spatiale et temporelle de la salinité des eaux souterraines de la zone d'étude, denombreuses analyses chimiques sont réalisées sur les eaux des puits. Depuis un an, quelques échantillons ont étéanalysés à la fois dans le laboratoire de l'I.I.Q. et dans un laboratoire universitaire de Paris ou dans celui del'O.R.S.T.O.M. à Bondy en France (cf. fig. 4 et 5).

par le rio Desaguadero) jusqu'aux salars. Les salars, larges étendues de sel sont des zones arides (200 nun de piuie)et désertique (voir la carte hydrographique, figure 3).Le climat de l'Altiplano est directement fonction de son altitude qui est de l'ordre de 3800 m au dessus du niveau dela mer. Celle-ci influence les conditions aunosphériques. L'insolation et les radiations très importantes sont liées àla faible épaisseur et au peu d'humidité de la couche d'air ainsi qu'à une di1fusion de chaleur minime. Lestempératures extrêmes enregistrées sous abris sont 25°C et ·26°C (Montes de Oca, 1992). La température peutvarier de plus de 30°C dans une même journée. Les vents (chauds) de pluie viennent du bassin amazonien àcertaines époques de l'année après s'être déchargés de la majeure partie de l'humidité dans l'Est et sur les pentes dela Cordillère. Des masses d'air froid venant du sud provoquent des vagues de froid et de nébulosité en hiver etdurant une partie de l'automne.Le bassin hydrogéologique est occupé par des dépôts quaternaires d'origine glaciaire, fluviale, éolienne, et lacustrede pennéabilités différentes de sorte qu'il renferme des nappes d'eaux souterraines superposées, de qualité trèsvariable. Les zones d'alimentation sont marquées par des variations d'altitude très importantes. Les aquifèresalimentant le lac Titicaca sont de meilleure qualité et en quantité plus importante que ceux alimentant les lacs plusau sud et le Desaguadero. La recharge annuelle est assurée par l'infiltration des eaux pluviales, de ruissellement dela Cordillère, de dégel, et l'eau des lacs et cours d'eau de la région.Les principales productions agricoles sont les céréales, légumes, ponunes de terre, café, cacao, tabac, caoutchouc.Les élevages se font sur les hauts plateaux (moutons, lamas, .. ). Le sous-sol est très riche en étain, argent, cuivre,plomb, tungstène.

L'objectif du programme auquel nous avons participé est de déterminer les origines de la salinité dans les eaux del'Altiplano Central et de les quantifier. .L'augmentation de la salinité peut être liée à l'évaporation qui est bien plus grande que la pluviosité, aux transfertsentre nappes, à la lixiviation des zones salées superficielles ou profondes (gypse par exemple). Dans cette région,l'évaporation potentielle est supérieure à 1 m par an pour une pluie d'environ 400 nun (Frère eta/., 1978). Dans unerégion ou la sécheresse et le gel sont fréquents, les ressources souterraines sont d'une importance capitale. D'autantplus qu'une irrigation faible apporte des améliorations significatives à une agriculture fragile. Cette technique demicro-irrigation, très récente, consiste à alimenter au minimum et en cas de nécessité seulement (période sècheet/ou préalable au gel) les cultures en eau douce. Celle-ci est apportée par des canaux reliés au Desaguadero et pardes puits (cf. les Photos n° 1 et 2).Dans la province de Villarroel, site de l'étude, ces puits ont été construits par YUNTA (Organisation NonGouvernementale) depuis 1987. Cette province se situe au sud du Desaguadero qui est l'unique effluent du lacTiticaca. Elle a été choisie pour ses caractéristiques intéressantes: grande variation dans l'altitude des précipitationsinduisant des différences notables dans la composition' isotopique de l'eau, évapotranspiration forte, surfaces planes;limite hydrologique avec le Desaguadero (peu étudié jusqu'à présent),.... Mais surtout elle se situe dans une zonelimite; plus au sud, les conditions sont trop rudes pour maintenir une agriculture (gel, salinité, froid, sécheresse).Le programme est basé sur une étude hydrogéologique destinée à connaître les flux d'eau (vecteur de la salinité),une analyse hydrochimique afin de qualifier et de quantifier cette salinité, et enfin une étude isotopique dont le butest, en particulier, de caractériser l'évaporation.Le stage a été consacré pour partie à l'établissement d'une carte piézométrique de la région, base de toute étudehydrogéologique, et pour partie à l'étude hydrocrumique.

3 - LE PROJET

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_ Le pH, la température, le T.D.S.(solides dissous totaux), et la conductivité (ramenée à 25°C) sont généralementmesurés successivement sur les échantillons non filtrés.

Seules les analyses classiques ont été suivies et sont exposées rapidement. Elles sont effectuées à l'I.I.Q. de CotaCota à La paz sous la responsabilité de Monsieur Ignacio CHIRICO MORENO qui est chargé des mesuresd'absorption atomique, et de Monsieur Jhonny MARTINEZ qui s'occupe de prendre en charge toutes les autresmesures chimiques dans le cadre de ce projet.

4

avec N : normalité de l'acide, ici 0.012 N.et y+ : coefficient d'activité.

avec V0 : volume d'échantillon initial.et VHC1 : volume d'acide ajouté.

_ Contrairement à la pratique de l'I.I.Q. jusqu'à ce jour, Monsieur BOULEGUE nous a confié que son laboratoireeffectue les mesures d'alcalinité après filtration. Monsieur BOULEGUE qui était de passage en Bolivie au momentde mon stage est professeur à l'Université de Jussieu à Paris. La méthode a donc été modifiée pour l'analyse deséchantillons du mois d'août.Pour déterminer l'alcalinité, la méthode potentiométrique est recommandée dans les cas d'eaux troubl.es, colorées,en présence de matières en suspension. .La manipulation est réalisée en premier lieu sur 50 ml d'échantillon. Il s'agit d'acidifier lentement l'échantillon avecde l'acide chlorhydrique et de lire le pH. On note les valeurs de pH et de volume ajouté lorsque le pH est comprisentre 5 et 4 (le virage est approximativement à pH 4.3). L'acide est ajouté par fraction de 0.4 ml. Au laboratoire, lepH est toujours inférieur à 7.1 au départ et l'on est au delà du virage des bicarbonates.Les données sont transformées par la méthode de GRAN expliquée dans "Aquatic Chemistry" de Stumm et Morgan(1981). La fonction FI est calculée afin d'obtet.ùr le volume équivalent Ve, correspondant à l'alcalinité totale.·

Ils concernent les mesures de pH, conductivité, T.D.S., alcalinité et la filtration.

A PRELIMINAIRES

2-Méthodes utilisées

Ils sont généralement prélevés avec une fréquence mensuelle.Lors de la campagne de juillet, les échantillons ont été recueillis dans des bouteilles en plastique de 250 ml pour lesanalyses chimiques classiques. D'autres sont conservés dans des flacons de verre pour l'analyse isotopique (ils sontenvoyés directement à un laboratoire U1Ùversitaire de France). Evidemment la date et le lieu sont à préciser sur lesflacons.Le pH, la température et la conductivité sont mesurés sur le terrain.Les prélèvements et mesures se font aux puits aprés pompage de plusieurs seaux. ces puits étant utilisésquotidiennement par la population à l'aide de pompes à main (cf. photos 1).

1-Prélèvement des échantillons

Les résultats présentant certaines différences, il a été décidé. en accord avec les responsables du projet et desanalyses effectuées à l'I.I.Q., de procéder à une expertise pour mettre en évidence les sources probables dedivergences. A cet effet, il a été consacré environ un mois et demi de ce stage.

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11

_ La filtration se fait alors sur filtres de 0.45 J.UIl et Sous pression: à l'aide d'une pompe à vélo on injecte de l'air surle liquide à filtrer. Toutes les mesures suivantes sont effectuées sur échantillon filtré, dilué ou non.

Diverses méthodes colorimétriques sont utilisées pour déterminer les concentrations en clùorures, silice, sulfates, etbore. L'appareil est de marque PERKIN-ELMER-InTACm.Des dilutions ont été réalisées sur les échantillons en fonction de la valeur de la conductivité.

CHLORURES

La méthode au thiocyanate mercurique utilisée est une alternative à celle exposée dans "L'analyse de l'eau" de JeanRODIER (méthode par flux continu). Elle couvre la gamme 0-50 mgll quand la cuve a 10 mm d'épaisseur.

5

N·Véq = Alk*Vo

F1

figure 6

Fi fonction de Gran

B COLORlMEfRIE

On constate que le pH difière significativement d'une manipulation à l'autre alors que l'alcalinité reste stable : làméthode semble robuste. TI semblerait qu'une variation de pH de 0.5 entraîne une erreur d'alcalinité de 0.12.10-3

méqll (soit jusqu'à 8% d'erreur). Pourtant, les différences ne sont pas toujours insignifiantes comme dans le cas del'échantillon 3 représenté figure 8.

Le coefficient d'activité n'est pas pris en compte. et, contrairement à ce que préconise Michard(1989), on ne vérifie pas que l'acide utilisé possède la même force ionique que l'échantillon.

Seuls trois points de mesure sont généralement effectués, on leur applique une régression linéairece qui paraît largement discutable. En effet le fonction ne devient réellement linéaire qu'au dessous de pH 4 et ilvaut mieux poursuivre les mesures jusqu'à pH 3,2 pour des problèmes de cinétique entre le point équivalent et pH 4et pour avoir plus de points dans la zone où FI est linéaire.Dans la figure 7, pour la série des échantillons d'août, sont comparés :-al les résultats rendus en faisant "aveuglement" une régression linéaire sur trois ou quatre points entre des pH de

5à4,-a2 les résultats des mêmes mesures qu'en al mais modifiés en rejetant les points qui manifestement ne font pas

partie de la zone où FI est linéaire,-b les résultats d'une deuxième mesure s'étendant jusqu'à des pH de 3,2.-(b-a2) on a également représenté l'écart entre ces deux séries de valeurs.

On obtient alors facilement l'alcalinité totale Alk de l'échantillon à l'aide de la relation :

Remarques:

Ainsi, pour un volume d'acide ajouté supérieur à Ve, la fonction est linéaire par rapport à VHCI et telle queVHCI = Ve pour FI=O.

Schéma explicatif

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Le principe : les chlorures en présence de thiocyanate mercurique forment un chlorure mercurique soluble nonionisé, les ions thiocyanate libérés forment un complexe rouge en présence d'ions ferriques. C'est ce complexe stableque l'on dose colorimétriquement à 480 om.

Préparation des solutions:

Méthode écrite (support) Méthode utiliséeQuantité en ml blanc Qtté en ml blanc Qtté en ml test comJ)3l'lltif

eau distillée - 5 10 5échantillon dilué 5 5 - -acide nitrique a 10 % 1 1 1 1(S"Nhl-fu solution saturée 5 5- -alun ferrique 100g/l 1 1 1 1

Par le moyen mis en oeuvre, on détermine normalement la quantité de chlorures contenue dans l'eau distillée (quien contenait quand même ce jour là 3,05 mgll)! Le plus étrange étant que l'on ne se sert pas de cette valeur maisque l'on utilise malgré tout un blanc différent de la méthode.

SULFATES

Quelques fois, lorsque la concentration est faible, le laboratoire utilise le spectrophotomètre HACH. Ce ne fut pas lecas pour ces analyses.La méthode utilisée est la méthode néphélométrique du RaDIER, avec toutefois des proportions de réactifsdifférentes (voir le tableau ci-dessous).Principe : en présence de baryum, les sulfates précipitent à l'état dê sulfate de baryum maintenu en suspension aumoyen de polyvinyl-pyrrolidone ou de TWEEN 20 (préparé à partir de 10 g de BaCl2, 30 ml de TWEEN 20 purcomplété à 100 ml avec de l'eau distillée). La réaction est effectuée en milieu acide afin d'éviter la précipitation descarbonates, chromates, phosphates et oxalate de baryum.

Modes opératoires

RaDIER NéDhélométrie Laboratoire de 1"I.I.Q."échantillon 39 ml 25 mlHCI10 % Iml 0.5 mlTWEEN20 5ml 3mlGamme étalon 0-30 mg/l 0-100 mg/l

On agite durant 5 mn. La lecture se fait à 650 Dm et théoriquement au bout de 15 mn après une autre agitation,dans la pratique, au bout de 15 mn à Ih.

BORE

La méthode ressemble à celle au carmin du RQDIER La gamme donnée par l'U.M.S.A. va jusqu'à 5 ppm.Manipulation: on mélange 500 ml d'acide sulfurique pur (98 %) et 12,5 mg d'un indicateur organique, laquinalizarine (très photosensible). Ce réactif n'est stable que 24 h mais il faut le laisser reposer Ih. La réaction étantfortement exothermique, il faut maintenir les bouteilles (plastiques) dans un bain d'eau froide. On y met 1 ml del'échantillon original (de l'eau distillée dans le blanc) et 10 ml de l'indicateur. Le développement se fait en 25 mnmais nous avons fait la lecture au bout de 55 mn et à 620 om.Il est conseillé dans la méthode d'utiliser une nouvelle pipette de 1 ml pour chaque échantillon pour éviter lescontamination ce qui n'a pas été fait.

SIUCE

La méthode utilisée ici est celle du RaDIER (colorimétrique). Le principe est le suivant: l'anhydride siliciquedonne avec le molybdate d'anunonium à pH 1,2 une coloration jaune due a l'acide silico-molybdique. Celui-<:Ï peutêtre réduit en anhydride silico-molybdique de coloration bleue.

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Mode opératoire:

auantité en mléchantillon dilué 10molvbdate d'ammonium 0.4acide oxaliaue (10 %) 1acide chlorhYdrique (50 %) 0.2acide amino-naphtol-sulfonique 0.4

La solution réductrice (acide amino-naphtol-sulfonique) se met en dernier après 1 à 2 mn d'attente La lecture a étéfaite au bout de 3h alors qu'il est indiqué 15 mn dans la méthode. Elle a été réalisée à 610 nm.Remorque: Le RODIER préconise de faire une gamme étalon de 0 à 5 mgIl, le laboratoire en possède une de 0 à 20mgll.

C-ABSORPTIONATOMIQUE

Cette technique est utilisée pour déterminer la concentration en cations tels que magnésium. calcium, lithium. fer,sodium, potassium.

DESCRIPTION DE L'APPAREIL, PRINCIPE

Il s'agit de transformer le cation en particule sans charge, elle même atomisée :M+ + e- -+ MO + hv -+ M*

L'appareil est de la marque PERKIN HELMER 303. Une pompe injecte la solution dans une chambre à travers unélément rotatif et/ou sur une bille afin de pulvériser le liquide. Il est alors mélangé à de l'acétylène (contenu dans unfût) et de l'air (au moyen d'un compresseur). Le mélange est enflammé sur une rampe après avoir été soumis à desturbulences. Le faisceau lumineux de longueur d'onde choisie et correspondant à un pic d'absorption du composéétudié est émis par une lampe spécifique également.

&héma explicatif:

rayonlumineux

solution arr gaz

figure 10

Tableau des longueurs d'ondes utilisées

Ces longueurs d'ondeS servent de repère essentiellement puisque c'est grâce à la valeur du gain que l'on effectue unréglage plus fin. Le sélecteur étant mécanique, il est peu précis et ne correspond pas exactement au pic d'absorption(écart pouvant aller jusqu'à 0,6 mu). En se servant du même paramètre, on règle la direction du rayon lumineux

7

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pho+o n~ A.

p 00 ,,~2

3-2

Ajout d'oxyde de Lanthane 0403) et d'acidJ:: chlorhydrique pour l'étude du calcium :

- Interférence de la matrice : elle se produit lorsque les caractéristiques physiques de l'échantillon

fer

or

__ fer et or

Longueur d'onde(nm)

1

2

3

NaCI -+ Na + + Cl -Cl - -+ CID + e-Na + + e- -+ NaD + hv

248.3242.7

Cac~

figure 11

Ca3(P04)2 + 2 Cl3La -+ 2 LaP04 + 3 CaCl2ft,l..

3 Ca++ + 2 P04 -

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IonisationAjout d'acide chlorhydriqueTransformation des Na +

INTERFERENCES

absorban

- Interférence de l'ionisation: comme son nom l'indique, elle est due à l'ionisation de certains composésgrâce à l'énergie de la flamme. Ces ions ne sont pas absorbés. On ajoute en excès des composés facilementionisables (surtout les alcalins) qui apportent des électrons aux ions à transformer. Par exemple dans le cas dusodium :

De sorte que les transformations suivantes puissent se produire :

On peut alors utiliser une lampe plus spécifique ou sélectionner une autre longueur d'onde adaptée.- Interférence chimique : c'est la plus fréquente, elle est due à la présence de composés thermiquement

stables contenant l'élément à étudier et ne se décomposant pas dans la flamme. On fait une erreur par défaut Pourcontourner ce problème, on peut augmenter la température de la flamme ou ajouter un "agent relaxant" qui réagitpréférentiellement avec l'interférent bbérant ainsi l'élément à analyser.Exemple

Schéma explicatif

La technique étant très spécifique, les interférences sont très peu nombreuses. Elles sont de l'ordre de 5 :- Interférence spectrale : elle intervient lorsqu'un élément présent dans la solution mais non déterminé

possède une longueur d'onde d'absorption comprise dans la bande d'absorption de l'élément étudié.

puis on porte le gain à 75. Le schéma descriptif de l'appareil figure 9 est issu de l'ouvrage d'instructions del'appareil (perk:in Helmer Instructions, 1982).

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1 Schéma descriptifde l'appareil issu de Perkin Helmer Instructions, 1982:

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PCll.'ETlM.ENESAMPLETUIING0 '0004)· ..... 0.0.10 11I"1.

ACETYLEt.ECYLH>ERCZ"2

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ACETYLENEREGULATORO O)03-olOC

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11

111

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Cautions: 1) Do not uae copper t1Ibtrv lor acetylene cOMectfons. Copper and.tJcetYLene con combine 10"1orm on W\Stable compowv:l.2) To help prewnt flash bock, be certain the drafn bottle 0111 the drafn trop areprop8l'Iy laled "'fth "'at8l' be/ore fgnfttrv the 9osea.

Hote1: .An cr1apter wtth a lemale CGA Ho. 5JO COMector at one end and a lemaleCGA Ho. 300 connector at the other b 3t/Pplfed (",fth the acetylene reguIator) taCOlUlect the reguJator 10 a commercfal acetylene cyUnder.Note 2: Some fn.staUatfons mG)' requfre lemale comector 0990-3196 at the acetyleneregïitator lor connectfon 10 oo1let bwhtrv 0990-303J.~: Dry, oU-lree, dust-Iree afr lrom a compreMor or a compre33ed air lfne larecommended. A com ressor wtth a 38-1 (1011allol1) tank b avaaable Irom Perldn­Elmer, part no. 0303-0313 (lOS-12SV, 60 Hz) or 0303-0314 (20D-240V. 50 Hz).~: The H20 reguJator '",fth a lxdlt-fn heater 10 avofd Ireeze-up) b avaUable aspart no. 0303-0204 (l05-12SV) or 0303-0349 (20D-240V).Hote s: ln.stallatfons utUlztrv on H20 reguJator ""th J/4-fn. hl»e flttl'lJa wIU requlrethe we 0( 1/4 10 S/l6-fII. hœe cr1apter a.ssembly 0047-0259 to cr1apt the S/J6-fn. N:zOhœe Iftttrv to the male connector at the H2f) regulator. .Hote 6: A aeconcl air/argon ho,e ewembly uaecl bet.".,een the air 3t/Pply and the air1lfië;:T., auppUed ""th the air later. .!!E!!.l.: When uaf'lJ the Dfgftal Recr10ut Goa Control (0057-0560) be sure to user ulator 0303-0106 or e valent am aet the outlet re$SU1'e rom the r u.Iator at10 psf 69 kPa. Otherwfse, the lame coooftlons mG)' not be cOlTect or the analyslsto be nul.Note 8: Do not store the drafn veuel '" a closed or unventllated area. The operatoriiii:iiïi)e able to observe the level 0( the Uquld ln the vessel.

- Pneumatic Installation Diagram of the ModeZ 2380

Fi 9 u re8-,1

11

L'échantillonage de juillet a porté sur un point du fleuve Desaguadero et onze puits dénommés comme suit :Cîrca Cruzanï, ChapikoUo, Chilahuala, Chojna, Chojna Khota, Mariscal Santa Cruz, PacoUo. San Jose, SanMiguel, Tola Pampa et Yampara.

varient considérablement (exemple: la viscosité. tension de surface•...). Cela arrive surtout lorsque la concentrationen sels dissous ou en acides dans l'échantillon est élevée, lorsque l'échantillon et les solutions standard sont à destempératures très différentes. ou lorsque les solvants utilisés sont différents dans les deux cas(échantillon/standard). Généralement on ajoute de l'acide chlorhydrique pour Na, Zn. Cd. K, et de l'acide nitriquepour Cu. Pb. Hg, Bi. Ag pour faciliter la mise en solution.

- Interférence d'émission : pour des concentrations élevées la précision est faible et il faut alors diluerl'échantillon, utiliser une tlanune plus froide. augmenter son intensité•...

PREPARATION DES ECHANTILLONS

EUe se fait dans de petites bouteilles plastiques- Echantillon du Litlùum et du Fer: on prélève 10 ml d'échantillon original auxquels on ajoute 1 ml d'acidenitrique. Gamme : 2,5 à 7,5 ppm tandis que les étalons vont jusqu'à 8 ppm pour K, jusqu'à 60 pour Na- Solution pour le Magnésium et le Calcium : à 10 ml d'échantillon dilué, on additionne 0,5 ml d'oxyde deLanthane et 0,5 ml d'acide chlorhydrique à 25 %. Même gamme pour le calcium, de 0,5 à 1,5 pour le magnésiumalors que la concentration maximale lue pour Ca est 19,3 mgll.Remarque : dans le livret du laboratoire les étalons contiennent du calcium et du magnésium et ce sont leséchantillons qui sont traités différemment avant les lectures respectives.- Pour le Sodium et le Potassium : 10 ml d'échantillon dilué et 1ml d'acide chlorhydrique.Remarque: dans le papier détaillant les méthodes mises en oeuvre par le laboratoire lui-même, on conseille deprendre des dilutions différentes pour les deux composés.

Le tableau suivant est du type de celui généralement rendu par le laboratoire de chimie

9

Numéro TempoC Cond25°C pH Date../07/93

1 3.4 1845 IJ.SIcm 8.33 012 14.0 530 IJ.SIcm 7.16 013 13.8 3361J.S1cm 7.37 05 à 18H304 12.8 637 IJ.SIcm puits ouvert 06 à 16H005 13.3 690~cm 7.80 086 13.1 4141J.S1cm 6.60 087 13.5 577lJ.S1cm 7.20 088 15.0 2691J,S1cm 6.79 099 13.9 9.45 mS/cm 8.17 0210 - - - 0711 - - - 0712 15.1 1920 IJ,SIcm 7.42 01

3-Résultats

Mesures de terrain

1111111111111111111...__. ---~_..__••..._ ~ _,.-..,.'

11

. t'n"

B.l. =(1.1 *([Ca}+[Mg}+[Na}+[K]+[Fe}+[LiD-([CI}+[S04}+4.4*[NÛJ]+[P04}+[BÛJ}+[HCOl}+[CÛJD)

(1.1 *([Ca}+[Mg}+[Na}+[K}+[Fe}+[LiD+([C1}+[S04]+4.4*[N0l)+[P04]+[B03}+[HCOl}+[CÛJ]))

AUTRES

Num Cl S04 NÛJ P04 BÛJ A.T. Si<nmWl mWl mWl mWl mWl méQll mWl

1 467.7 124.3 0.1 0.12 4.8 1.0 34.92 18.9 50.7 3.8 0.05 4.0 6.0 41.73 14.3 52.3 1.2 0.03 1.3 2.7 22.64 3.6 25.0 2.1 0.02 1.4 4.4 29.15 54.0 129.7 1.5 0.04 1.5 4.4 39.16 9.3 47.7 1.8 0.46 - 4.1 30.27 37.3 32.6 2.0 0.05 1.3 5.6 48.78 4.4 10.3 2.7 0.04 1.0 3.4 43.99 2322.6 3014.7 0 0 7.5 0.8 7.910 1075.0 162.1 0 0.05 3.7 11.5 53.211 812.5 236.4 0 0.46 3.9 3.7 45.312 553.1 62.5 0.5 0.03 1.4 2.9 33.9

ANIONS

CATIONS

Num Ca Mg Na K Fe Li PH Kond.25°C IDS TmWl mWl mWl mWl mWl mWl mS/cm g/l oC

1 62.0 23.0 216.4 14.7 1.3 0.4 6.58 1.83 0.92 8.02 61.6 4.8 25.6 4.9 0 0.1 6.87 0.58 0.30 10.53 37.6 2.0 16.4 2.9 0 0 6.63 0.33 0.18 9.74 33.6 2.0 28.8 3.3 0 0 6.72 0.36 0.19 9.55 76.0 4.8 35.8 5.1 0.1 0.1 6.54 0.68 0.35 9.56 39.2 5.2 27.0 4.4 0.1 0 6.47 0.42 0.22 9.47 52.4 7.2 23.2 5.9 0 0.1 6.73 0.57 0.29 9.48 28.0 2.4 13.3 4.5 0.1 0 6.87 0.28 0.14 9.59 770.0 20.0 1600 10.0 0.1 0.9 6.07 9.32 4.67 14.710 98.0 33.0 583.3 25.0 0.1 0.7 6.59 3.80 1.91 14.1 .

11 90.0 28.0 450.9 21.1 0.2 0.5 6.50 3.18 1.59 14.512 82.0 12.0 216.4 11.9 1.1 0.2 7.04 1.94 0.98 15.5

Avec [il : concentration en méq/l de l'élément 1.

Les résultats sont donnés en mgll par le technicien car la valeur est lue directement ainsi ou parce que leprogramme infonnatique qu'il utilise le calcule ainsi à partir des valeurs d'absorbance (des échantillons et d'unecowbe étalon considérée comme identique à chaque manipulation). En réalité la correction de dilution deséchantillons d'absorption atomique n'est prise en compte qu'au moment de la transfonnation en méq/l. Ces tableauxen mg/l, qui sont ceux rendus au client, sont d~nc faux pour plusieurs éléments.Le calcul de la balance ionique se fait ainsi : ŒCi+ - LCnavec Ci+ : concentration du cation i

Ci- : concentration de l'anion i (LCi+ + LCnEn pratique, la balance ionique est calculée ainsi :

Remarques

111111111111111111

L.11

Remarque : les masses atomiques utilisées dans le calcul du coefficient sont issues du "Handbook of Chemistry andPhysics". On constate que les écarts sont faibles généralement.

PoidsMoléc(BÛ3) 1PoidsAtom(B)=58.81110.81=5.44On peut déplorer le fait qu'il n'ait pas été pris en compte dans les tableaux précédents alors même que le résultatétait noté BÛ3 !

Dans certains cas, les résultats sont identiques ou difiêrent peu. Parfois, il a fallu critiquer au mieux les valeurs.Lorsque plusieurs analyses ont été effectuées, le résultat choisi est marqué en caractère gras dans le tableau derésultats donné plus haut. Le choix est essentiellement basé sur l'emplacement des points sur la gamme étalon. Eneffet, on remarque sur les graphiques suivants (fig. 21 et 22) que le problème ne se situe pas au niveau duprogramme informatique de transformation absorbance -+ concentration mais bien sur l'étendue exagérée de lagamme. La courbe ne peut absolument pas être assimilée à une portion de droite. Par exemple : le cas du sodium et

11

Coef = 1charge Il Poids Moléculaire

Les coefficients multiplicateurs de transformation des mgll en méqll sont les suivants :

Elément 8042- NO]- P043- BO/- HCQl- CÛ32•

Poids.Moléc 96.058 62.005 94.971 58.808 61.017 60.009Cod.calculés 0.02082 0.01613 0.03159 0.05101 0.01664 0.03333Cod.utilisés 0.02082 0.01613 0.03159 0.05102 0.01639 0.03333

Elément CarT Mg2T Na+ K+ FeJ+ Li+ Cl-

Poids.Moléc 40.08 24.305 22.99 39.098 55.847 6.941 35.453Cod.calculés 0.04990 0.08229 0.04350 0.02560 0.05372 0.14471 0.02821Cod.utilisés 0.0499 0.08224 0.04348 0.02558 0.05371 0.1441 0.0282

Commentaires:

Ils ont été calculés par la fonnule :

Pour plusieurs éléments et plusieurs échantillons, les mesures ont été effectuées une deuxième, voire une troisièmefois. Ceci parce que les valeurs obtenues étaient hors gamme étalon ou pour vérification. Les valeurs obtenues sur22 essais diffèrent significativement dans 21 cas ! 'Ces différences sont mises en évidence par la première séried'histogrammes, figures 12 à 16. Ds représentent les résultats obtenus lors de la campagne d'analyse de juillet surdes échantillons prélevés du 1er au 9 juillet mais également du mois précédent (pour les numéros supérieurs à 12).Au vu de ces écarts importants (1000/0 dans certains cas), de nouvelles analyses furent demandées en août. Seulscertains échantillons étaient encore suffisants pour effectuer de nouvelles manipulations c'est pourquoi il manque len08 par exemple. Par ailleurs, pour des raisons inconnues, on a procédé à la lecture d'absorption atomiqueuniquement: potassium, calcium, sodium et magnésium. La deuxième série d'histogrammes (figures 17 à 20) rendcompte de tous les résultats obtenus pour les éehantillons prélevés du 1er au 9 juillet et qui ont fait l'objet d'analysesen juillet et en août.

4-Critique des résultats

Le coefficient 1,1 est du à la dilution en absorption atomique (ajout de 1 ml de solution extérieure à 10 mld'échantillon).Le coefficient 4,4 des nitrates est dû à la transformation du résultat des nitrates donné en équivalents N par lespectrophotomètre HACH en équivalents Nitrates voulue

PoidsMoléc(NÛ3) 1PoidsAtom(N)=62.oo49/14.0067=4.427 plus précisément.De même un coefficient de 5.44 peut~tre inclus dans le cas du bore pour transformer les équivalènts B enéquivalent BÛ3

1111111111111111111~---"---""'--"'- ...,.._ ••,,"=.,.''''_.,",'.....

11

8 1D6c:hatdons

SodiumComparaison des résultats

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SodiumComparaison des résultats

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ANALY5Es DE :ru,LŒT

POTASSIUMComparaison des résultats

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2 3 4 5 6.échanlillcns

SULFATESComparaison des résultaIs

1&mI 1lweSérle _ 2èmeSérie 1

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ChloruresComparaison des résultats

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FER BORE SILICE MAGNESIUMComparaison des résultats

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SUR LES ECHItNllL1.DN5 DE :JUILLET

• 1ère juillet • 2ème juillet. 1ère août • 2ème août

-ANAL}5E5' .DE" JUIl.LET I:T AoOT

1 2 3 4 -·5 6 7 9 10 11 12échantillons

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POTASSI.UMComparaison des. résultats

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1 2 3 4 15 8 7 9 10 11 126chanllIlons

1 2 3 4 5 8 7 9 10 11 126chardIons

CALCIUMComparaison des résultats

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MAGNESIUMComparaison des résultats

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MAGNESIUMComparaison des résultats

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1 2 3 4 15 8 7 9 10 11 126c:hantlDona

1 2 3 4 5 8 7 8 10 11 12khantIIIons

1 2 3 4 15 8 7 8 10 11 126chentIIIofw

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11111111111111111,1·",k."Y"

des chlorures sont représentés figures 21 et '22 où les point reportés par les sigles + et x sont les références et lespoints 0 et œsont les mesures.

Récapitulatif

_ Les gammes ne sont pas respectées dans de nombreux cas. C'est-à-dire que les valeurs d'étalonnage dépassentlargement les gammes préconisées dans les méthodes. Exemple: dans le cas des chlorures la gamme de validité dela méthode préconisée s'étend de 0 à 50 mgll or la courbe étalon utilisée va de 0 à 100 mgll._ Les étalonnages en colorimétrie ne sont jamais fait, les courbes de calibration étant considérées constantes àl'année._ De graves étourderies faussent les résultats. Exemples : omission du facteur de dilution 1.1 pour le Calcium,erreur dans le calcul des volumes à utiliser pour les dilutions, recopie des résultats non vérifiée..._ Les tableaux sont rendus en mgll, or ils sont plus faux que ceux en méqll pour plusieurs raisons : les facteurs dedilution et le facteur multiplicatif de passage N -+ NOl n'y sont pas appliqués, des imprécisions viennent aggraverles erreurs. Exemple: le facteur multiplicatif de passage N-+NOl cité précédemment est de 4.427 en réalité (au lieude 4.4 utilisé), le matériel n'est pas toujours en très bon état: mauvais contact dans le fil du pH-mètre qui indiquaitune température de 327°C par moment, alimentation non constante du spectrophotomètre qui ne possède pas destabilisateur de tension ce qui entraîne des lectures peu stables (variation de l'absorption lue de 0.08 à l'arrêt d'unappareil électrique~ la salle)._ Ne possédarit pas de tubes à essai en polyéthylène, l'analyse de la silice est réalisée dans des tubes en verre surlesquels s'adsorbe la silice._ Les bouteilles d'échantillon peuvent quelquefois rester ouvertes plusieurs heures en cours de manipulation. Eneffet. les réactifs et le matériel n'étant pas préparé à l'avance, leur recherche provoque des temps morts nonnégligeables. ._ Les temps de réaction ne sont pas les mêmes d'une manipulation! l'autre et sont toujours bien supérieurs à ceuxfndiqués dans les méthodes. Exemple: la durée d'attente pour la silice est normalement de 15 mn, nous avonsattendu 3h. La justification évoquée d'une telle attente étant que la réaction est ainsi complète._ Pour l'alcalinité, les échantillons n'ont pas été filtrés au préalable et les points de mesures auraient dus être

effectués jusqu'à pH 3,2 au lieu de 4 seulement.

III HYDROGEOLOGIE

Le but de cette partie est de tracer la carte piezométrique de la province de Villarroel et ainsi d'étudier les relationsentre nappes et fleuve Desaguadero. Etant donné que les cartes topographiques disponibles ne donnent qu'uneprécision de 20 m environ sur l'altitude d'un point quelconque, nous avons effectué le nivellement des puits étudiés:J'ai consacré 15 jours à cette partie de terrain et environ 15 autres jours à l'exploitation des données.

1- Nivellement

A PRINCIPE

La méthode est basée sur l'utilisation de deux mires permettant de vérifier lajustesse des lectures (voir photo nO 3),et d'un niveau (voir photo nO 4) faute de théodolite. Une première mire est placée à une altitude connue, à travers leniveau positionné plus loin, on lit horizontalement une valeur sur la mire. Connaissant ainsi l'altitude du niveau, ondéplace les mires pour une nouvelle lecture. On progresse de proche en proche.

11

ConcentrationmgJl

En 17'e 17

60.00 80.00

40.00

SODIUM

CHLORURE.S

..... - .... _._...-_._- ._--_._-_....•.

Abso(~

.50

.40

.20

.30

.10

.00 -+---r---.---..---r-----r--_-,0.00

0.00 ~--""-~-----r--'r--"--r---T----'

0.00 20.00

300.00

too.oo

Absorbance

" 00.00

100.00

11

1111111111111111111Ef"

111111111111111111111

La campagne de nivellement s'est faite en deux temps: du 1er au 9juillet et du 16 au 20 août. Les résultatscomparés des altitudes des puits estimées à partir des cartes et des altitudes nivellées montrent des écarts allantjusqu'à plus ou moins 25 Dl, et confirment l'interêt d'un tel travail (cffig.24).

Ils ont été réalisés grâce au logiciel SURFER La figure 25 de topographie montre des reliefs au sud-ouest jusqu'à4000 m et une plaine d'inondation à l'est à 3720 m ainsi que la ligne du Desaguadero. Les figures 26 et 27 montrentrespectivement la piézométrie initiale effectuée à partir de lecture de cartes et la piézométrie aprés nivellement. Lespuits sont figurés par des étoiles.

13

étape 3arrière

FE

mrres

C 0

étape 2avant

figure 23

mveau

étape 1arrière

A B

B COMMENTAIRES

2 • Piezométrie

A GRAPHES

B RESULTATS

Pour savoir si la lecture est correcte, on vérifie la relation: altC·altE=altD-altF.Le calcul de la différence d'altitude entre les deux points extrêmés se faisant par addition des valeurs arrière etsoustraction des valeurs avant. Les résultats obtenus pour chaque mire devant être théoriquement égaux. Sur leterrain, le calcul est fait en temps réel. Ainsi, si l'écart est supérieur ou égal à 3 mm, les mesures sontrecommencées àpartir du dernier point marqué (marques des mires sur le sol).Le cumul de ces petits écarts entre deux puits a toujours été inférieur à deux centimètres.Ont pris part à ce travail :

Madame Anne RIBSlEIN, Monsieur Robert HOORELBEKEMonsieur David CAHUYA de YUNTA en tant que guide sur le terrainMonsieur Luis NORIEGA du SENAMlU en tant que topographeMonsieur Simon ROCHAS en tant que chauffeurMessieurs Vmcente FERNANDE et Aurelio FLORES en tant que porteurs de mires

Schéma explicatif

1111111111111111111f:'ltttt' et !' l"e k h.B

11

1

Comparaison des altitudeslues sur la carte et nivellées

/- 1/

/' •- ~

1//.

i/•~

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• lJtd~

-•V

3820

3810

11111 3800

3790

1 .,-. 3780.' E .l ';' 3770

~ 3760

1 :I: 3750

1 37403730

1 3720

37101 371037203730374037503760 3no 3780 3790 3~00 38103820H nivellement (m)

111111

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TOPOGRAPHIE APRES NIVELLEMENT

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PIEZOMETRIE / CARTE

PIEZOMETRIE APRES NIVELLEMENT.

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Les piézométries sont relativement différentes et prouvent encore l'importance du nivellement Sur les piezométriesprésentant les échelles, on constate que l'eau s'écoule globalement d'ouest en est. On peut remarquer, d'aprés cettecarte piézométrique que le Desaguadero est alimenté par les nappes d'eau souterraines en particulier dans la partieouest. Plus à l'est, l'écoulement souterrain semble quasiment parallèle à celui du Desaguadero. La vitessed'écoulement diminue également avec le relief.

IV BIBLIOGRAPHIE

FRERE M.lWKS I.Q. YREA 1. (l978) Estudio agroclimato16gico de la zona Andina. Nota Técnica nO 161,OMM, n° 506, 297 p.

HANDBOOK of CHEMISTRY and PHYSICS (1988) CRC. PressMICHARD G. (1989) Equihores chimiques dans les eaux naturelles Ed. Publisud. Paris. 357 p.MONTES de OCA 1. (1982) Geografia Yrecursos naturales de Bolivia. La Paz, 628 p.MONfES de OCA 1.(1992) Sïstemas de Riego y Agricultura en Bolivia. La Paz, BoIMa, 236 p.NOGALES G.de, ROSQUELLAS R. de YMONTECIMOS G. R. (l992) Nueva geografia de Bolia, 4ta ~., La

Paz337p.RODIER 1. (1984) L'analyse de l'eau. 7e édition, Dunod-Bordas, Paris. 1365 p.STIJMM W.and MORGAN I.J. (1981) Aquatic ChemistIy. Second edition, 1. Wüey & Sons, New York, 780 p.

V ACQUIS ET CRITIQUES PAR RAPPORT AU STAGE

CADRE Er ENCADREMENI'

LLQ. : Les conditions y sont difficiles et représentatives du cadre de travail bolivien. La confrontation auxdifférences detythme, de méthode et d'esprit fut instructive. L'ensemble a rendu les manipulations, la mise enforme et la critique des résultats laborieuses. Les membres du département ont apporté une attention et un interêtnon dissimulé aux investigations menées.O.R.s.T.O.M. : Bon matériel, difficultés journalières typiques de la Bolivie teUes que coupure de téléphone,mauvais entretien des locaux. ...L'ambiance est à l'entraide, à l'écoute, trés bon encadrement de la part de toutel'équipe d'hydrologie.TERRAIN: Apprentissage de la préparation d'une mission, de la gestion des activités, des hommes et du matériel.Adaptation aux outils, aux habitudes, au confort précaire,....Mise au point de méthodes plus précises et de systèmesde vérification des résultats. rai reçu beaucoup de soutien lors de ces 15 jours.

L'EXPERTISE

Ce fut un travail difficile exigeant une bonne observation, un questionnement intelligent et des recherchesbibliographiques considérables. La critique n.'a malheureusement pas toujours été accompagnée de propositions'adaptables facilement, rapidement et à moindre coût

LOGICIELS UI1USES

QUATl'RO PRO beaucoup utilisé en Bolivie pour les histogrammes, tableaux de données,...WINDOWS: Grapher et Word comme traitement de texte.SURFER pour certains graphes et les cartes piezométriques.

CONCLUSIONCe stage m'a permis de connaître le domaine de la Recherche et de la Coopération, d'apprendre la vie et le travail àl'étIanger. Je remercie Monsieur Desbordes de m'avoir aidée à l'obtenir et Madame Anne Ribstein d'en avoir pris laresponsabilité.

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