Contamination of Soil and Groundwater with Toxic Heavy Metals near Lapite Dumpsite in Ibadan, Nigeria

Résumé technique : Contamination des sols et des eaux souterraines par des métaux lourds toxiques à proximité de la décharge de Lapite à Ibadan, Nigéria

Énoncé du problème
La gestion des déchets ménagers solides (DMS) dans les pays en développement, particulièrement à Ibadan, au Nigéria, présente des défis environnementaux importants en raison de pratiques d'élimination incontrôlées. La décharge de Lapite, une installation ouverte et non étanchéifiée servant une population urbaine en pleine croissance, manque de mesures de confinement adéquates. Par conséquent, il existe un risque élevé que des lixiviats contenant des métaux lourds toxiques percolent à travers la matrice du sol vers les aquifères sous-jacents et les puits résidentiels voisins. Bien que des études antérieures aient identifié une contamination par les métaux lourds dans de tels environnements, il était nécessaire d'évaluer l'impact spécifique des processus de combustion et de l'accumulation à long terme sur les profils de sol (à diverses profondeurs) et la qualité de l'eau souterraine sur une décennie.

Méthodologie
L'étude a employé une analyse comparative d'échantillons de sol et d'eau collectés à la décharge de Lapite et sur un site de contrôle (un jardin botanique avec des terres vierges).

• Calendrier d'échantillonnage : Les données ont été collectées en mai 2010 et revisitées en juillet 2020 pour évaluer les changements temporels des concentrations de métaux.
• Échantillonnage du sol : Dix emplacements aléatoires à la décharge ont été échantillonnés à trois profondeurs (0–15 cm, 15–30 cm et 30–45 cm) à l'aide d'une tarière à sol. Des échantillons de contrôle ont été prélevés dans deux emplacements du jardin botanique.
• Échantillonnage de l'eau : L'eau de puits a été collectée auprès de huit ménages à proximité de la décharge.
• Procédures analytiques :
  • Physico-chimie : Le pH du sol a été mesuré de manière électrométrique, et la distribution de la taille des particules a été déterminée via la méthode de l'hydromètre de Bouyoucos.
  • Digestion : Les échantillons de sol ont été digérés avec HNO3-HCl (1:3, v/v) selon la méthode US EPA 3050B. Les échantillons d'eau ont été digérés avec de l'acide nitrique concentré.
  • Quantification : Les concentrations de Chrome (Cr), Cadmium (Cd), Plomb (Pb), Nickel (Ni), Zinc (Zn), Cuivre (Cu) et Manganèse (Mn) ont été analysées à l'aide d'un spectrophotomètre d'absorption atomique à flamme Shimadsu AA-6200.
  • Analyse statistique : Des statistiques descriptives (moyenne ± écart type) et les coefficients de corrélation de Pearson ont été utilisés pour établir les relations entre les niveaux de métaux dans le sol et dans l'eau. L'indice de géoaccumulation ($I_{geo}$) a été calculé pour quantifier les niveaux de pollution.

Résultats clés

• Caractéristiques du sol : Le sol de la décharge de Lapite est principalement sableux (73,2–87,2 %), ce qui réduit sa capacité à retenir les contaminants dissous par rapport aux sols riches en argile. Le pH du sol variait de 6,0 à 6,5, indiquant des conditions acides similaires à celles du site de contrôle.
• Concentrations de métaux lourds dans le sol (2020) :
  • L'étude a révélé des niveaux élevés de métaux lourds dans le sol de la décharge par rapport au site de contrôle. La tendance de concentration était Mn > Zn > Cu > Pb > Cr > Ni > Cd.
  • Les concentrations moyennes spécifiques pour 2020 comprenaient : Mn (1580 ± 21 µg/g), Zn (1520 ± 10 µg/g), Cu (710 ± 12 µg/g), Pb (120 ± 5 µg/g), Cr (30,1 ± 4,3 µg/g), Ni (28,4 ± 3,6 µg/g) et Cd (2,14 ± 1,1 µg/g).
  • Tendances temporelles : Sur la période de dix ans, les niveaux de métaux ont augmenté à des degrés variables : Cr (19,4 %), Cd (50,7 %), Pb (7,5 %), Ni (18,8 %), Zn (1,33 %) et Mn (3,0 %).
  • Distribution selon la profondeur : Généralement, les concentrations de métaux étaient les plus élevées dans la couche superficielle (0–15 cm) et présentaient des variations complexes selon la profondeur, bien que certains métaux (Cr, Pb, Ni) aient montré des concentrations plus élevées à 15–30 cm en 2010, potentiellement en raison du mélange biologique (activité des chenilles) ou des modèles de lixiviation.
• Contamination des eaux souterraines :
  • Les échantillons d'eau de puits à proximité de la décharge contenaient des concentrations élevées de Cr, Pb, Ni, Zn, Cu et Mn, dépassant les directives de l'Organisation mondiale de la Santé (OMS).
  • Le cadmium était le seul métal présent en dessous de la limite de détection (0,001 µg/mL) dans les échantillons d'eau.
  • Une corrélation positive significative a été observée entre les niveaux de métaux lourds dans le sol et les niveaux correspondants dans l'eau de puits pour la plupart des métaux, à l'exception du Plomb (Pb).
• Indexation de la pollution : L'indice de géoaccumulation ($I_{geo}$) a indiqué que le sol était « hautement contaminé » par le Zinc et le Cuivre, « modérément contaminé » par le Cadmium et le Plomb, et « non contaminé à modérément contaminé » par le Manganèse.

Signification et affirmations
L'article affirme que la décharge de Lapite est une source confirmée de pollution par les métaux lourds affectant à la fois le profil du sol local et les eaux souterraines utilisées par les résidents à proximité. L'étude souligne que la combustion incontrôlée des déchets et l'absence de confinement à la décharge ont entraîné le lessivage des métaux toxiques dans les aquifères.

Les auteurs concluent que l'utilisation continue de la décharge sans gestion appropriée pose des effets délétères sur la santé humaine et l'environnement. Plus précisément, la contamination des eaux souterraines les rend impropres à la consommation humaine. La recherche souligne la nécessité urgente d'une surveillance autour des décharges dans les pays en développement afin de prévenir le transfert des métaux lourds du sol vers l'eau, puis vers le système humain par ingestion. Les résultats servent de base critique pour comprendre la dégradation environnementale à long terme causée par les déchets solides non gérés à Ibadan.