Integrated Assessment of Heavy Metal Concentrations and Current Pollution Status: A case study of Nworie River, Southeastern Nigeria

Résumé Technique : Évaluation Intégrée des Concentrations de Métaux Lourds et de l'État Actuel de la Pollution de la Rivière Nworie, Sud-Est du Nigéria

Énoncé du Problème
La rivière Nworie, un affluent majeur de la rivière Otamiri à Owerri, dans l'État d'Imo, sert de source d'eau critique pour des usages domestiques, agricoles et récréatifs. Cependant, la rivière est confrontée à une dégradation environnementale significative due à l'urbanisation rapide, la croissance démographique et les activités anthropiques. Les principaux facteurs de stress incluent le rejet d'eaux usées non traitées provenant d'institutions (par exemple, le Federal Medical Centre, l'Alvan Ikoku Federal College of Education), les effluents industriels et les déchets domestiques. Une préoccupation spécifique soulignée par l'étude est l'impact environnemental des récentes activités de dragage menées par le gouvernement de l'État d'Imo et la Niger Delta Development Commission (NDDC). Bien que destinées à atténuer l'eutrophisation et la sédimentation, le processus de dragage implique le retrait et l'élimination sur les berges des sédiments et de la végétation, ce qui peut entraîner la resuspension des polluants, l'acidification et la libération de métaux lourds dans la colonne d'eau. Malgré des études antérieures (Mgbudem et al., Okere et al., Umunnakwe et al.) ayant évalué la qualité de la rivière, une surveillance continue est nécessaire pour suivre les changements dynamiques de la distribution des contaminants induits par l'augmentation de l'activité humaine.

Méthodologie
L'étude a été menée de janvier 2022 à janvier 2023, couvrant à la fois les saisons sèches et des pluies. Des échantillons d'eau ont été collectés mensuellement dans trois stations distinctes le long de la partie inférieure de la rivière :

1. Pont d'Egbeada (Point 1) : Amont.
2. Pont de l'Hôpital Umezuruike (Point 2) : Milieu du cours.
3. Pont d'Akanchawa (Point 3) : Aval.

Les échantillons ont été collectés à 10 cm sous la surface, acidifiés avec de l'acide nitrique (HNO₃) à 10 %, conservés à 4 °C et filtrés à l'aide de papier Whatman n° 1. L'analyse des métaux lourds a été réalisée par Spectrophotométrie d'Absorption Atomique (SAA) selon les méthodes standard de l'USEPA, impliquant une digestion acide avec de l'HNO₃ et du HCl concentrés.

Pour évaluer l'état de la pollution, l'étude a utilisé des indices de pollution simples :

• Facteur de Contamination (Cf) : Calculé comme le rapport entre la concentration mesurée du métal et la concentration de fond ($Cf = C_{métal} / C_{fond}$).
• Facteur de Risque Écologique (Er) : Calculé comme le produit du facteur de réponse toxique ($Tr$) et du facteur de contamination ($Er = Tr \times Cf$).
• Indice de Risque Écologique (ERI) : La somme des facteurs de risque écologiques individuels pour évaluer le risque combiné.

Les données ont été analysées à l'aide de l'Analyse de Variance (ANOVA) et de la méthode LSD de Fisher à un niveau de probabilité de 0,05 %, avec des séparations de moyennes effectuées via des tests t de Student à l'aide du logiciel SAS.

Résultats Clés

• Concentrations de Métaux Lourds :
  • Plomb (Pb) et Fer (Fe) : Les concentrations ont dépassé les limites admissibles de l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) et du Ministère Fédéral de l'Environnement (FMEnv). L'étude a explicitement trouvé que le Plomb (0,05 mg/l) et le Fer (0,71 mg/l) étaient au-dessus de la valeur standard, une condition attribuée à la présence de débris de matériaux de dragage trouvés le long des berges de la rivière. Les mesures de la saison sèche à l'Egbeada (Point 1) ont atteint 0,082 mg/l pour le Plomb, et les concentrations de Fer dépassaient les limites aux Points 2 et 3.
  • Mercure (Hg) : L'étude a révélé que les concentrations de Mercure dépassaient la limite admissible du FMEnv (0,001 mg/l) à tous les points de prélèvement lors des deux saisons. Bien que le résumé mentionne une valeur spécifique de 0,001 mg/l, la section des résultats clarifie que les valeurs mesurées, telles que 0,021 mg/l à l'Egbeada pendant la saison sèche, étaient supérieures à la norme. Par conséquent, le Mercure a enregistré le Facteur de Contamination (Cf) et le Facteur de Risque Écologique (Er) les plus élevés lors de périodes et de lieux spécifiques, tels que 0,60 Cf et 3,52 Er à Umezuruike et Egbada respectivement pendant la saison sèche.
  • Cadmium (Cd), Chrome (Cr) et Arsenic (As) : Ces métaux se sont révélés inférieurs aux normes de l'OMS/FMEnv. Plus précisément, le Cadmium (0,014 mg/l) et le Chrome (0,03 mg/l) ont été trouvés en dessous de la valeur standard.
  • Nickel (Ni) : Non détecté aux stations d'amont et de milieu pendant la saison sèche, mais détecté à la station en aval (Point 3) dans les limites admissibles.
• Indices de Pollution :
  • Le Mercure a systématiquement enregistré les Facteurs de Contamination (Cf) et de Risque Écologique (Er) les plus élevés dans toutes les stations et toutes les saisons, reflétant son risque élevé malgré la valeur basse résumée dans l'abstract. Par exemple, à Umezuruike (Point 2), le Cf de la saison sèche pour le Mercure était de 0,60.
  • Le Chrome a présenté les valeurs de Cf et d'Er les plus faibles.
  • Malgré certains Cf bas, l'étude note que ces indices dépendent fortement de la concentration de fond sélectionnée et ne doivent pas être interprétés comme une absence totale de risque.
• Tendances Temporelles :
  • La comparaison avec les données historiques (2010–2019) indique une détérioration de la qualité de l'eau. Le Mercure, l'Arsenic et le Chrome, qui étaient soit indétectables, soit en dessous des limites dans les études précédentes, ont été détectés dans la présente étude.
  • Les concentrations de Plomb dans la présente étude étaient plus élevées que celles rapportées dans les études précédentes, l'abstract notant qu'elles ont été trouvées au-dessus de la norme.
  • Les concentrations de Fer ont dépassé les limites admissibles, l'abstract citant une valeur de 0,71 mg/l, ce qui est supérieur à la norme.

Principales Contributions
Cette étude fournit une mise à jour de la ligne de base des concentrations de métaux lourds dans la rivière Nworie, en traitant spécifiquement la période post-dragage. Elle quantifie les variations spatiales et saisonnières des polluants, identifiant le Mercure comme ayant les facteurs de risque écologique les plus élevés en raison de sa toxicité et de ses concentrations élevées dépassant les limites admissibles. La recherche lie des activités anthropiques spécifiques — particulièrement l'élimination inappropriée des matériaux de dragage et la présence de machines abandonnées — à des niveaux élevés de Plomb et de Fer, qui ont été trouvés au-dessus des normes. Elle intègre également des données historiques pour démontrer une tendance au déclin de la qualité de l'eau, l'attribuant à une gestion inadéquate des déchets et aux effets secondaires environnementaux des projets d'ingénierie fluviale.

Signification et Revendications
Les auteurs affirment que la rivière Nworie est « négativement et adversement polluée », une conclusion soutenue par les paramètres physico-chimiques, les indices de métaux lourds et la distribution du phytoplancton. L'étude soutient que ces résultats soulignent la nécessité urgente d'une surveillance régulière et de la mise en œuvre de mesures pour réduire les taux de contamination et les déversements illégaux de déchets dans le bassin versant. Les auteurs insistent sur le fait que, bien que la rivière demeure une ressource vitale, sa qualité est compromise par les activités humaines, nécessitant une application stricte des lois de protection de l'environnement pour empêcher les déversements indiscriminés et pour restreindre les activités polluantes (telles que les ateliers de mécanique et l'utilisation d'agrochimiques) au sein du bassin versant de la rivière. L'article conclut que sans intervention, les fonctions écologiques et la sécurité de la santé publique associées à la rivière continueront de se dégrader.