Mounia El Haji, Université Sidi Mohamed Ben Abdellah-Fès, Faculté Polydisciplinaire de Taza, Laboratoire de Biotechnologie et valorisation des ressources naturelles, Taza, Maroc
Amine Chami, Laboratoire de Mécanique des Fluides ‑ Université du Havre
D’une manière générale, on constate que toutes les eaux du milieu naturel, que l'on soit en site maritime ou en bassin portuaire, présentent une teneur en sels minéraux et en matières organiques permettant la prolifération de bactéries. La présence d’ions minéraux, azote, phosphore, soufre, fer, manganèse, calcium sous forme de nitrates, phosphates, sulfates apporte des oligo-éléments nécessaires à la croissance de ces micro-organismes. D’après l’interprétation des données physico-chimiques des eaux de bassins portuaires, il est certain que ces milieux favorisent les conditions nécessaires aux développements des bactéries sulfatoréductrices (BSR) associées à d’autres micro-organismes tels que les ferrobactéries [4] et [12] accélérant ainsi le processus de la corrosion bactérienne à l’interface eau-sédiment des bassins.
Toutes ces données sont valorisées, grâce à une méthode de représentation, par l’utilisation d’un logiciel permettant de visualiser les phénomènes et de comprendre parfaitement leurs évolutions à long terme. Cet outil permet par ailleurs une gestion préventive du milieu qui se caractérise par une grande complexité sur le plan physico-chimique et bactériologique.
L’exploitation des résultats obtenus, suite à une analyse physico-chimique et bactériologique, a conduit à la mise en œuvre d’un logiciel dans le but, d’une part, de caractériser et d’exploiter les tendances évolutives de transfert des polluants à long terme dans les bassins confinés et, d’autre part, d’apporter une contribution à la compréhension des phénomènes de corrosion des ouvrages immergés en milieu saumâtre. Cette approche permettra de disposer d’outils utiles pour assurer une bonne gestion des infrastructures portuaires et de faire des extrapolations entre différents ports présentant certaines similitudes.
[Photo : Figure 1 : Principe du maillage du port.]
Mots clés : Transfert, polluant, physico-chimie, bactériologie, gestion, visualisation
[Photo : Figure 2 – Génération de maillage rectangulaire (non régulier) couvrant l'ensemble.]
Présentation de la zone d’étude
L'activité portuaire du Havre est articulée autour de trois types de bassins [2] :
- - Les bassins de marée soumis à l’influence de la marée ;
- - Les bassins à flot dont le niveau reste plus ou moins constant et qui sont isolés des premiers par des écluses ou des sas ;
- - Les bassins à niveau constant où le niveau d'eau est stable.
L'étude concerne l’analyse des paramètres physico-chimiques des eaux de bassins, exploités paramètre par paramètre, à partir d’une banque de données initiée dès 1977 par le port du Havre. Des prélèvements réguliers, mensuels, ont été réalisés au droit de 11 points dans la zone du port du Havre et de sa zone industrielle s’étendant sur 5 × 30 km en rive droite de l’estuaire de la Seine [9].
Un couplage des processus physico-chimiques aux phénomènes bactériologiques a été réalisé, afin de mettre en évidence les interactions et surtout l'impact de l'accumulation de la matière organique dans la prolifération des bactéries sulfato-réductrices [7] et [10].
Le dénombrement des bactéries [8] présentes dans les bassins a montré le rôle prépondérant de ces micro-organismes dans l'accélération de l’attaque corrosive des installations portuaires [1] et [3]. À partir des mesures obtenues, l’objectif primordial du présent travail est de réaliser une analyse détaillée des données physico-chimiques et bactériologiques.
[Photo : Figure 3 – Schéma d’interpolation des mesures sur le maillage se basant sur les distances qui séparent les points de mesure et celles du maillage.]
Principe de la méthode d’interpolation
Les contours des différents bassins (les limites des zones de profondeurs non nulles) ont été déduits grâce à la digitalisation de la carte du port du Havre. Une grille rectangulaire couvrant le domaine limité par ces contours a permis ensuite de construire un maillage non structuré et adapté (maillage relativement fin des zones où l’on dispose de plus de points de mesure) de l'ensemble des bassins du port.
L’étape d'interpolation consiste à redistribuer les concentrations déduites des mesures (nuage de points de mesure) sur les nœuds de maillage. Le critère d'interpolation est basé sur les distances séparant les points de mesure et les nœuds du maillage.
[Photo : Figure 4 – Schéma d’interpolation des mesures sur le maillage. Détail de la méthode utilisée.]
[Photo : Figure 5 – Carte du port déduite à partir de l’interpolation de la profondeur. Position des points de prélèvements.]
[Photo : Évolution des bactéries dans le port du Havre.]
(plus le point de mesure est proche du point de maillage, plus sa contribution en terme de concentration est importante en ce dernier).
Cette méthode est basée sur les approches des méthodes particules maillage utilisées en mécanique fluides numérique et qui permettent de passer d'un écoulement représenté par un nuage de particules fluides distribuées de façon aléatoire (description Lagrangienne) à une représentation sur un maillage donné (description Eulerienne).
Le couplage de ces modules de post traitement a permis d’élaborer un logiciel spécifique pour la mise au point et pour la représentation et la visualisation de façon globale des transferts de polluants dans les zones portuaires. En particulier, pour le port du Havre, on tient compte des écluses et des sas du port ainsi que de la profondeur dans chaque bassin (l’algorithme utilisé dans cette étude est résumé selon la procédure décrite dans les schémas des figures 1, 2, 3, 4 et 5).
[Photo : Évolution du fer (µg/l) dans le port du Havre.]
Le comportement de chaque paramètre dans la zone industrielle est visualisé par le logiciel et, l’évolution des principaux paramètres retenus dans cette étude sont les suivants : les micro-organismes, le fer, l’azote kjeldahl et les hydrocarbures (figures 6, 7, 8 et 9). Cependant, les bassins du port ont des profondeurs différentes et les paramètres mesurés sont réalisés à partir des prélèvements se situant toujours à 1,5 m sous la surface de l'eau.
[Photo : Évolution des hydrocarbures (µg/l CH2) dans le port du Havre.]
Il résulte de cette analyse que le canal de Tancarville montre une plus grande richesse en éléments nutritifs, ce qui est en parfaite corrélation avec la prolifération des micro-organismes dans ce bassin. Par ailleurs, la quantité de fer présente dans l'ensemble des bassins est quasiment constante.
Conclusion
Dans les zones portuaires où l'eau de mer est plus ou moins polluée par les rejets industriels ou des effluents urbains, la présence de micro-organismes a une influence certaine sur les phénomènes de corrosion bactérienne [11].
L'apport en matière organique [5] permet le développement de bactéries anaérobies susceptibles de modifier les conditions
[Photo : Évolution des NTK (mg/l) dans le port du Havre.]
d’oxygénation des sédiments et favoriser de ce fait les phénomènes de corrosion par ces bactéries [6] et [13].
Suite aux résultats de post-traitement des essais et des visualisations déduites, on conclut que le port du Havre présente un contexte particulier de corrosion accélérée par les bactéries se développant dans la zone où la teneur en matière organique est élevée.
La corrosion influence en grande partie la tenue, la longévité et la sécurité des structures métalliques. Il est important d’intégrer des mesures préventives contre la corrosion dès la conception des ouvrages. Étant donné la complexité des phénomènes de corrosion et leur importance faisant intervenir diverses disciplines scientifiques de base (chimie, biologie, mécanique, …), il importe de bien cerner tous les facteurs et paramètres influant et de dégager des critères rigoureux relatifs aux conditions du milieu.
Ainsi, compte tenu des moyens mis en œuvre par le port du Havre pour le suivi de la qualité des eaux de bassins, il serait souhaitable de réaliser des contrôles plus fins à différentes hauteurs, ou pour le moins de les réaliser sur une base de référence commune, par exemple avec un référentiel d’altitude situé par rapport au fond des bassins.
Références bibliographiques
[1] Berner R.A. and Westrich J.T. (1985). Bioturbation and the early diagenesis of carbon and sulfur. Am. Jour. Sci., 285, pp. 193-206.
[2] Breton G. (1984). Observations sur l’écologie et les peuplements des bassins du port du Havre (France). Bull. Trim. Soc. Géol. Norm. et Amis du Muséum du Havre, pp. 46-55.
[3] Bryant R.D., Jansen W., Boivin J., Laishley E.J. and Costerton J.W. (1991). Effect of hydrogenase and mixed sulfate-reducing bacterial populations on the corrosion of steel. Appl. Environ. Microbiol., 57, pp. 2804-2809.
[4] Chantereau J. (1977). Corrosion bactérienne — bactéries de la corrosion. Technique et documentation, 246 p.
[5] El Haji M. & Louis C. (1998). Les rejets industriels dans la zone portuaire du Havre. Déchets sciences & techniques, n° 11 – 3ᵉ trimestre 1998, pp. 39-44.
[6] Goldhaber M.B. and Kaplan I.R. (1980). Mechanism of sulfur incorporation and isotope fractionation during early diagenesis in sediments of the Gulf of California. Mar. Chem., 3, pp. 83-104.
[7] Hamilton W.A. (1985). Sulfate-reducing bacteria and anaerobic corrosion. Ann. Rev. Microbiol., 39, pp. 195-217.
[8] Postgate J.R. (1982). Economic importance of sulphur bacteria. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B, 298, pp. 583-600.
[9] Rodier J. (1984). L’analyse de l’eau, eaux naturelles, eaux résiduaires et eaux de mer : physico-chimie, bactériologie, biologie. Édition Dunod, Paris, 1383 p.
[10] Sand W. (1987). Importance of hydrogen sulfide, thiosulfate and methylmercaptan for growth of thiobacilli during simulation of concrete corrosion. Appl. Environ. Microbiol., 53, pp. 1645-1648.
[11] Schaschl E. (1980). Elemental sulfur as a corrodent in deaerated, neutral aqueous solutions. Mat. Perf., 19, pp. 9-12.
[12] Tatnall R.E. (1984b). Fundamentals of bacteria induced corrosion. Mat. Perf., 20 (9), pp. 32-38.
[13] Von Wolzogen Kühr C.A.H. and Van der Vlugt L.S. (1934). The graphitization of cast iron as electro-biochemical process in anaerobic soils. Wat., Den Haag, 16, pp. 147-165.
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