Contribution à l'étude géochimique des eaux du bassin versant de la rivière N'Djili à l'est de Kinshasa, République démocratique du Congo

Il ressort de cette étude que la température de l’eau prélevée est proche de la température moyenne atmosphérique dans la zone d’étude, ce qui indique un équilibre thermique entre les eaux de surface et l’atmosphère.

Dans certains cas, les valeurs de pH mesurées peuvent être très basses à cause du lessivage des acides organiques provenant de la végétation en décomposition et de la présence d’anhydride carbonique dissous (Burler et Ison, 1966). A la vue des résultats d’analyse des eaux de pluies, nous pouvons remarquer que l’acidité des eaux prélevées de cette partie du bassin versant serait en partie due à la contribution des précipitations.

Pour ce qui est de la conductivité, à l’exception du site Matete, les valeurs mesurées sont inférieures à 100 µS/cm, ce qui correspond aux eaux de surface très faiblement minéralisées. Il n’y a pas beaucoup de variation de conductivité entre la saison des pluies, période des hautes eaux, et la saison sèche, période des basses eaux. Ceci nous montre à nouveau qu’il y a une contribution importante des précipitations dans la composition des eaux échantillonnées puisqu’il n’y a pas de grand écart de valeur en l’absence de précipitation.

La solubilité de l’oxygène dans l’eau diminue lorsque la température augmente, ce qui induit une diminution de la concentration en oxygène à saturation. Le calcul du taux de saturation dans nos échantillons montre que les eaux sont sous-saturées en oxygène. Ceci peut s’expliquer par le fait que ce bassin versant, du moins dans la zone d’étude, subit des rejets d’eaux usées et des rejets de l’usine de traitement des eaux (REGIDESO). Nous soupçonnons la présence d’une pollution organique induisant la consommation de l’oxygène dissous par respiration.

Les teneurs des éléments ne sont pas constantes au cours du temps. Certains sont plus abondants que d’autres (en particulier HCO3-, Ca+, Na+, K+, SiO2 et Cl-). Il n’y a pas de variations saisonnières importantes des éléments majeurs. L’ordre d’abondance décroissant pour les cations est Na+>Ca2+>K+>Mg2+ et pour les anions est HCO3->Cl-≈NO3->SO42-.

La corrélation entre la conductivité électrique et les teneurs en composés chimiques majeurs montre que la conductivité est surtout contrôlée par les bicarbonates, les nitrates, les chlorures, les sulfates, le sodium, le magnésium, le calcium et le potassium. Ces eaux sont particulièrement peu chargées en éléments minéraux dissous, la moyenne des TDS (Total Dissolved Salts) pour chaque site étant largement inférieure à la moyenne mondiale des eaux de rivière, qui est 100 mg/l (Berner et Berner, 1987), tendance également observée pour le calcium (5,7 mg/l pour les rivières africaines et 13,4 mg/l pour la moyenne mondiale). Seul le site de Matete présente une moyenne supérieure à ces valeurs. Pour la silice dissoute, par contre, les concentrations observées sont voisines de la moyenne mondiale (10,4 mg/l).

Les valeurs du bilan ionique sont en majorité négatives, c’est-à-dire qu’elles traduisent un excès d’anions. Le calcul du bilan ionique a été effectué pour chaque point de prélèvements, pour les deux dernières séries de campagnes de prélèvements, soit de mai à juillet 2007 et d’octobre 2008 à octobre 2009.

Cette étude nous a permis de dégager des groupes au comportement commun qui reflètent des faciès géochimiques différents et dont les plus importants sont les suivants : (1) Le faciès bicarbonaté calcique : il correspond aux eaux provenant des écoulements sur des roches hypersiliceuses (grès, quartzites). Le magnésium est le deuxième cation dominant après le calcium pour le site de prélèvements CFAM (Confluence Fleuve Amont) représentant plus de 20% de la teneur en cations. Et, (2) Le faciès bicarbonaté sodique : il correspond au point de prélèvement Kwambila qui, bien que situé sur une roche hypersiliceuse, présente le sodium comme cation dominant et les nitrates comme anions dominants après les bicarbonates. Ce point de prélèvement est caractérisé par une activité agricole induisant l’utilisation de fertilisants azotés. L’élevage porcin est également pratiqué dans cette région. Ces activités humaines pourraient expliquer la prédominance du sodium et du nitrate dans cette région pour toutes les saisons confondues.

SUMMARY

The present study contributes to a better understanding of the water

geochemistry in the N’djili river catchment, East from Kinshasa (Democratic

Republic of Congo). Surface waters have been collected at six sampling sites during the period from April 2005 and February 2006. Two additional sampling sites have been added since 2007. Eleven sampling campaigns allowed an annual

follow-up (April 2005 to February 2006), three others took place from May to

July 2007 and twenty-two additional ones from October 2008 to October 2009.

The physico-chemical parameters that have been measured are as follows:

temperature, pH, conductivity, alkalinity, dissolved oxygen. The measurement of

major elements (anions and cations) and some trace elements has been

performed in order to support this geochemical investigation.

The temperature of the riverine waters appears to be close to the mean air

temperature in the study area, indicating a thermal equilibrium between surface

waters and the atmosphere.

In some cases, values pH measured can be very low due to the leaching of

organic acids originating from both decomposing vegetation and the presence of

dissolved carbon dioxide (Burler and Ison, 1966). Based on the analyses of the

rain waters, one can note that the acidity of riverine waters results partially from

the atmospheric precipitation.

Regarding conductivity, with the exception of Matete area, the values are below

100 μS/cm, which corresponds to weakly mineralized surface waters. Little

variation in conductivity was observed between rainy and dry seasons is low,

suggesting again an important control of the riverine water composition by the

precipitation.

Oxygen solubility in the riverine waters decreases with increasing temperature,

which results in a decrease of dissolved oxygen content. The calculation of the

saturation state in our samples show that the riverine waters are undersaturated

with oxygen. This phenomenon can be explained by the fact that the river

catchment, at least for the study area, is subjected to untreated and treated

sewage effluent releases. One may expect an organic pollution leading to a

consumption of dissolved oxygen by respiration.

The concentrations of dissolved elements are variable with time. Some are more

abundant than others (especially HCO3-, Ca+, Na+, K+, SiO2 and Cl-). There is no

major seasonal variability for the major dissolved elements. The abundance

decreases in the orders Na+>Ca2+>K+>Mg2+ and HCO3->Cl-≈NO3->SO42- for

cations and anions, respectively.

Correlation between conductivity and major element concentrations show that

the former is mainly dictated by bicarbonates, nitrates, chlorides, sulfates,

sodium, magnesium, calcium and potassium. These riverine waters are

particularly low in dissolved minerals, the mean TDS (Total Dissolved Salts) for

each site being largely lower than the global average for rivers (i.e. 100 mg/l,

Berner and Berner, 1987). Calcium displays the same trend, with 5.7 mg/l for

African rivers in comparison with a global average of 13.4 mg/l. Only Matete area

exhibits a mean higher than these values. For dissolved silica, however, the

measured contents are close to the global average (i.e. 10.4 mg/l).

The values of the ionic balance are negative most of the time, suggesting an

excess in anions. The calculation of the charge balance has been realised for

each sampling location, during the two last campaigns (i.e. May 2007 - July 2007

and October 2008 – October 2009).

This study sheds some light on the groups of elements exhibiting a common

behaviour but reflecting different geochemical facies. The most important ones

are the following: (1) calcium bicarbonate facies: it corresponds to the water

run-off from silicate rocks (sandstone, quartzite). Magnesium is the second

dominant cation (after calcium) for the CFAM (“Confluence Fleuve Amont”)

sampling site, accounting for more than 20% of cation load. And (2) sodium

bicarbonate facies: it corresponds to the Kwambila sampling site, where sodium

is present as dominant cation and nitrates as dominant anion (after

bicarbonates). This sampling site is characterized by agricultural activities

entailing the use of nitrogen-rich fertilizers. Pig farming is also practiced in this

region. Theses human activities could therefore explain the predominance of

both sodium and nitrate in this area, irrespective of the season.