Analyse des sources d'antimoine et des processus de transport dans un réseau hydrographique affecté par l'exploitation minière et la métallurgie (Oruro, Bolivie)

Zone d'étude à Oruro en Bolivie montrant la mine de San José, Canal Rosso, Vinto, Lake Uru-Uru et les stations d'échantillonnage — Zone d’étude à Oruro, en Bolivie : les stations suivent deux systèmes aquatiques soumis à des sources anthropiques distinctes — le drainage minier acide de la mine de San José et le secteur métallurgique de Vinto — jusqu’au lac Uru-Uru.

Points clés

Ce que montre l’étude

Les isotopes du Sb permettent de distinguer deux influences anthropiques différentes : le drainage minier acide de San José et les apports associés au secteur métallurgique de Vinto.

Dans Canal Rosso, le δ¹²³Sb de la phase dissoute augmente progressivement tandis que la concentration en Sb diminue et que des phases secondaires riches en Fe se forment.

Le Sb retenu dans les particules et les sédiments est relativement enrichi en isotope léger, avec un Δ¹²³Sb_{eau–sédiment} moyen d’environ +0,3‰.

Le changement saisonnier de la composition isotopique du lac Uru-Uru est compatible avec une contribution variable des rivières affectées par la mine et par la métallurgie.

Résumé

Distinguer les sources et les processus de transport dans un système minier complexe

L’antimoine est un contaminant émergent fréquemment associé aux environnements miniers et métallurgiques. Dans ces systèmes, les concentrations seules permettent de quantifier la contamination mais ne suffisent pas toujours à distinguer les différentes sources ni les processus qui contrôlent le transport de l’élément.

Cette étude explore le potentiel des isotopes stables du Sb comme traceurs environnementaux dans la région d’Oruro, sur l’Altiplano bolivien. Deux systèmes hydrologiques ont été étudiés : le continuum partant du drainage minier acide de la mine de San José et circulant dans Canal Rosso jusqu’au lac Uru-Uru, ainsi que la rivière de Vinto, affectée par les activités métallurgiques.

Les concentrations, la spéciation redox et la composition isotopique du Sb ont été mesurées dans l’eau, les matières en suspension et les sédiments au cours de deux campagnes contrastées : à la fin de la saison humide en 2019 et à la fin de la saison sèche en 2021.

Le système couvre un gradient géochimique très marqué, depuis des eaux de drainage minier fortement acides avec un pH proche de 1,6 et jusqu’à environ 8 mg·L⁻¹ de Sb dissous, jusqu’à des eaux beaucoup moins contaminées et proches de la neutralité en aval. Sur l’ensemble des échantillons, les valeurs de δ¹²³Sb s’étendent de −0,09 à +0,93‰.

Dans le continuum San José–Canal Rosso, la concentration en Sb dissous diminue fortement alors que le δ¹²³Sb de l’eau augmente. Cette évolution est cohérente avec la rétention préférentielle des isotopes légers du Sb sur des oxyhydroxydes et oxyhydroxysulfates de Fe nouvellement formés au cours de la neutralisation du drainage minier.

Résultat principal

Les isotopes du Sb enregistrent à la fois la source de contamination et les processus qui modifient son transport. Dans le drainage minier de San José, la rétention du Sb sur les phases secondaires de Fe laisse la phase dissoute progressivement enrichie en ¹²³Sb, avec un Δ¹²³Sb_{eau–sédiment} moyen d’environ +0,3‰. En parallèle, la rivière affectée par la métallurgie de Vinto présente une signature dissoute plus légère, autour de +0,3‰, permettant de différencier les deux influences anthropiques.

Résultats de terrain

Des signatures différentes selon les sources et les processus

Les mesures réalisées dans les phases dissoute, particulaire et sédimentaire montrent que la composition isotopique du Sb varie à la fois spatialement et saisonnièrement dans le système étudié.

Ensemble des échantillons −0,09 à +0,93‰ Plage totale de δ¹²³Sb observée dans l’eau, les matières en suspension, les sédiments, les déchets miniers et les scories.

San José · Canal Rosso +0,42 → +0,70‰ Augmentation progressive du δ¹²³Sb dissous vers l’aval, simultanément à la diminution de la concentration en Sb.

Rivière de Vinto +0,29 à +0,36‰ Signature du Sb dissous plus légère que celle mesurée dans Canal Rosso, permettant de différencier l’influence du secteur métallurgique.

Lac Uru-Uru +0,28 / +0,55‰ δ¹²³Sb de l’eau pendant la saison humide puis la saison sèche, respectivement, compatible avec une contribution saisonnière variable des tributaires contaminés.

Preuves isotopiques

Le signal isotopique évolue avec la concentration et la distance à la source

La comparaison spatiale des concentrations et des valeurs de δ¹²³Sb montre que l’évolution du signal isotopique n’est pas simplement due à la dilution. Dans Canal Rosso, la diminution massive de Sb dissous s’accompagne d’un enrichissement progressif de l’eau en isotope lourd, tandis que les phases solides présentent des signatures plus légères. À Vinto, le système présente une signature dissoute différente, fournissant un second pôle isotopique anthropique.

Variation spatiale de la concentration en antimoine et de la composition isotopique delta 123 Sb dans l'eau et les sédiments à Oruro et Vinto — **Distribution spatiale du Sb et de δ¹²³Sb** Variation spatiale de la concentration en Sb et de la composition isotopique du Sb dans (a) l’eau filtrée à <0,22 µm et (b) les sédiments, pour les campagnes de saison humide de 2019 et de saison sèche de 2021. Le contraste entre Canal Rosso, Vinto et le lac Uru-Uru met en évidence l’effet combiné des différentes sources et des processus de transport.

Signification environnementale

Pourquoi cela compte pour le traçage des pollutions minières et industrielles

Dans un environnement où plusieurs mines, installations métallurgiques et rejets urbains coexistent, une même concentration en Sb peut résulter de sources ou de processus très différents. Cette étude montre que la composition isotopique ajoute une dimension indépendante à l’interprétation : elle peut différencier des sources anthropiques et révéler la rétention du Sb au cours de son transport. L’interprétation reste toutefois indissociable d’une caractérisation géochimique complète, incluant concentration, spéciation et répartition entre phases dissoute, colloïdale et particulaire. L’approche illustre ainsi le potentiel des isotopes du Sb pour comprendre le devenir des contaminants dans les systèmes à sources multiples.

Publication

Référence scientifique

Citation

Ferrari, C., Resongles, E., Freydier, R., Flores, M., Ormachea, M., Zamora Echenique, G., Casiot, C. (2025). Deciphering Sb Sources and Transport Processes in a Mining and Smelting-Impacted River System (Oruro, Bolivia): Insights from Sb Isotopes. Water, Air, & Soil Pollution, 236, 790.

DOI : 10.1007/s11270-025-08445-6

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