Diagnostic de la contamination sédimentaire par les métaux/métalloïdes dans la rade de Toulon et mécanismes controlant leur mobilité PDF Download
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Book Description
L'étude réalisée porte sur l'évaluation du niveau de contamination par les éléments traces métalliques (ETM) des sédiments de la rade de Toulon, une rade semi-fermée soumise à un fort impact anthropique. Le prélèvement de carottes d'interface en 52 points répartis sur l'intégralité de la Rade a permis d'établir une cartographie précise des caractéristiques sédimentaires et des teneurs en métaux/métalloïdes. Les résultats obtenus sur les sédiments de surface ont montré l'état de contamination significatif de la rade (en particulier en Cu, Hg, Pb, et Zn), notamment dans les zones les plus enclavées de la petite rade, où les teneurs peuvent dépasser de plusieurs ordres de grandeur les limites définies par la législation en vue d'opérations de dragage. La distribution de la contamination observée a clairement indiqué un export de la petite vers la grande rade (normalement moins exposée), probablement gouverné par des processus hydrodynamiques responsables de la remise en suspension du sédiment contaminé. Les profils sédimentaires de carottes d'interface prélevées dans des zones de contamination contrastée ont révélé la présence systématique de pics de contamination dans les 20 premiers cm. Compte tenu des taux de sédimentation déterminés, ceci démontrerait que la rade a été soumise à un épisode de multi-contaminations majeur, probablement lié aux conséquences de la 2nde guerre mondiale. L'analyse des eaux interstitielles et surnageantes (paramètres physico-chimiques, majeurs, traceurs diagénétiques et ETM) de ces carottes d'interface a permis d'étudier la mobilité des ETM dans le sédiment. Les profils obtenus apparaissent essentiellement contrôlés par des mécanismes diagénétiques et démontrent le rôle exercé par les principales phases porteuses présentes dans le sédiment (oxy-hydroxydes de Fe et de Mn, sulfures) sur la mobilité des ETM. La modélisation de ces profils a permis d'évaluer les flux diffusifs à l'interface eau sédiment, afin de déterminer l'action du sédiment, en tant que puits ou source de contamination pour la colonne d'eau. Les flux diffusifs sortant calculés apparaissent relativement faibles en comparaison des teneurs totales mesurées dans le sédiment, démontrant que la majorité des ETM est fortement immobilisée dans le sédiment.Enfin, ce travail a été complété par des expériences de remise en suspension en laboratoire et sur le terrain, visant à simuler différents scénarios possibles (tempête,trafic maritime, dragage). Dans les conditions étudiées, si pour certains ETM la remobilisation en solution est faible (ex. As, Hg), elle peut au contraire être très significative pour d'autres (ex. Cd, Cu, Pb) conduisant à une contamination non négligeable de la colonne d'eau.
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L'étude réalisée porte sur l'évaluation du niveau de contamination par les éléments traces métalliques (ETM) des sédiments de la rade de Toulon, une rade semi-fermée soumise à un fort impact anthropique. Le prélèvement de carottes d'interface en 52 points répartis sur l'intégralité de la Rade a permis d'établir une cartographie précise des caractéristiques sédimentaires et des teneurs en métaux/métalloïdes. Les résultats obtenus sur les sédiments de surface ont montré l'état de contamination significatif de la rade (en particulier en Cu, Hg, Pb, et Zn), notamment dans les zones les plus enclavées de la petite rade, où les teneurs peuvent dépasser de plusieurs ordres de grandeur les limites définies par la législation en vue d'opérations de dragage. La distribution de la contamination observée a clairement indiqué un export de la petite vers la grande rade (normalement moins exposée), probablement gouverné par des processus hydrodynamiques responsables de la remise en suspension du sédiment contaminé. Les profils sédimentaires de carottes d'interface prélevées dans des zones de contamination contrastée ont révélé la présence systématique de pics de contamination dans les 20 premiers cm. Compte tenu des taux de sédimentation déterminés, ceci démontrerait que la rade a été soumise à un épisode de multi-contaminations majeur, probablement lié aux conséquences de la 2nde guerre mondiale. L'analyse des eaux interstitielles et surnageantes (paramètres physico-chimiques, majeurs, traceurs diagénétiques et ETM) de ces carottes d'interface a permis d'étudier la mobilité des ETM dans le sédiment. Les profils obtenus apparaissent essentiellement contrôlés par des mécanismes diagénétiques et démontrent le rôle exercé par les principales phases porteuses présentes dans le sédiment (oxy-hydroxydes de Fe et de Mn, sulfures) sur la mobilité des ETM. La modélisation de ces profils a permis d'évaluer les flux diffusifs à l'interface eau sédiment, afin de déterminer l'action du sédiment, en tant que puits ou source de contamination pour la colonne d'eau. Les flux diffusifs sortant calculés apparaissent relativement faibles en comparaison des teneurs totales mesurées dans le sédiment, démontrant que la majorité des ETM est fortement immobilisée dans le sédiment.Enfin, ce travail a été complété par des expériences de remise en suspension en laboratoire et sur le terrain, visant à simuler différents scénarios possibles (tempête,trafic maritime, dragage). Dans les conditions étudiées, si pour certains ETM la remobilisation en solution est faible (ex. As, Hg), elle peut au contraire être très significative pour d'autres (ex. Cd, Cu, Pb) conduisant à une contamination non négligeable de la colonne d'eau.
Author: Khadija Baba Publisher: Springer Nature ISBN: 3031493451 Category : Science Languages : en Pages : 488
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The industrial acceleration intensifies the negative environmental impacts, mainly in some very sensitive geographical areas. Environmental problems like water stress, deadly floods, scarcity of building materials, and prolonged periods of drought affect southern countries, including African nations. This book comprises the peer-reviewed proceedings of the fourth scientific conference on geosciences and environmental management (GeoME'4), held in Salé, Morocco, on June 22–24, 2023. The book interests all researchers, practitioners, and students in geosciences, the environment, and water management. The book delivers a comprehensive overview of the latest research covering the following aspects of green technologies for sustainable water and wastewater management: nature-based solutions in the water cycle and advanced technologies in geosciences, geotechnics, and the environment. Additionally, it features six keynote speakers by international experts, providing valuable insights and further enhancing its value as a comprehensive resource on the following topics: Water management Environmental engineering Geosciences and geotechnical engineering
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Les écosystèmes côtiers méditerranéens sont soumis à de multiples sources de contamination (activités agricoles, industrielles et touristiques) impactant à des degrés divers les compartiments environnementaux (colonne d'eau, sédiments, biota, ...). En particulier, des études précédentes ont démontré que les sédiments de la Rade de Toulon présentent un niveau de multi-contamination très important, qui pourrait avoir des conséquences non-négligeables sur l'écosystème côtier, ce qui nécessite la réalisation de différentes études complémentaires visant à mieux comprendre les processus régissant le transfert potentiel des polluants vers le milieu environnant. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse consistent à étudier les processus contrôlant la dynamique des polluants inorganiques dans la colonne sédimentaire et à l'interface eau/sédiment et à évaluer leur remobilisation potentielle vers la colonne d'eau. Trois modes principaux de dispersion peuvent conduire à une remobilisation des contaminants: (1) la diagénèse précoce mobilisant des éléments nutritifs et des éléments traces métalliques et métalloïdes, (2) la remobilisation des contaminants lors de remises en suspension sédimentaire, et (3) le flux diffusif à l'interface eau/sédiment en lien avec la mobilité des contaminants dans la colonne sédimentaire. Pour atteindre ses objectifs, ce projet de thèse combine des approches in-situ (carottage d'interface, extraction de l'eau interstitielle, traitement/analyse des eaux interstitielles et des fractions solides, ...), des expériences en laboratoire (suivi cinétique de la remobilisation des contaminants lors des mélanges eau/sédiment, extractions séquentielles...), des outils de modélisation (calcul de la spéciation chimique, simulation de la partition dissous/particulaire, simulation des profils sédimentaires, réactivité de la matière organique, ...) ainsi que le traçage des sources de contamination et de leur transfert entre différents compartiments environnements à l'aide des isotopes stables du Pb. Ces travaux ont été réalisés en étroite collaboration avec le LASEM et avec la contribution de différents partenaires (EPOC/Université de Bordeaux, Ruđer Bošković Institut/Croatie, CAM/Université de Lausanne/Suisse, IFREMER, IRSN, ...).
Author: Amonda El Houssainy Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La mer Méditerranée (MS) est une mer semi-fermée divisée en deux bassins: le bassin occidental et le bassin oriental. Les deux sites méditerranéens étudiés dans cette thèse sont au nord-ouest de MS et sud-est de France pour la rade de Toulon et à l'est de MS, Liban pour la baie de St-Georges. Les deux sites sont soumis à une forte densité de population le long de la côte et, sont exposés à de nombreuses activités anthropiques (telles que le tourisme, les transports maritimes, l'aquaculture, les rejets d'eaux usées et des activités industrielles) contaminant l'environnement (colonne d'eau, sédiments, biote, etc.) avec différents contaminants tels que les éléments traces métalliques et métalloïdes (ETMM). Chaque site est caractérisé par la présence d'un fleuve urbanisé: le Las (France) et le fleuve Beyrouth (Liban). Les sédiments sont considérés comme une source secondaire de contamination en raison des processus biogéochimiques influençant la mobilité des ETMM dans les sédiments. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont (1) d'étudier la contamination des ETMM le long des rivières et dans les deux baies; (2) d'élucider l'influence de la diagenèse précoce sur la mobilité des ETMM; et (3) de caractériser la matière organique sédimentaire dans les deux sites. Pour ces raisons, des sédiments superficiels, des carottes sédimentaires, des eaux superficielles et interstitielles ont été collectés le long des deux rivières et dans les deux sites durant la période 2016-2018. Les échantillons de sédiments et d'eaux ont été analysés pour déterminer leurs principaux paramètres physiques, nutriments, carbone organique (dissous et particulaire) et les éléments majeurs/traces. Les résultats ont montré que les processus de la diagenèse précoce contrôlent fortement la mobilité de la ETMM dans les sédiments. De plus, les résultats ont confirmé que la rade de Toulon est fortement contaminée suite à la deuxième guerre mondiale mais aussi aux activités contemporaines, et que les apports du Las ne contribuent et n'affectent pas de manière significative les sédiments de la baie de Toulon. Quant à la baie de St-Georges, il a été constaté qu'elle est impactée par plusieurs activités (effluents industriels rejetés sans traitement, ruissellement de la zone agricole) transportées par le fleuve Beyrouth et/ou par des apports directs (décharge côtière).
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La rade de Toulon est un écosystème côtier fortement anthropisé qui présente un gradient multiple de contamination en éléments traces métalliques, qui en fait un site atelier remarquable. Le couplage des campagnes de terrain et des expérimentations en laboratoire a permis d'étudier l'impact de la contamination métallique sur les communautés microbiennes planctoniques et en biofilm. L'utilisation de la chimie analytique, de la cytométrie en flux et du métabarcoding a permis d'étudier plusieurs aspects des communautés, comme l'abondance et la diversité taxonomique en réponse à la contamination métallique dans la rade de Toulon. Ainsi, les communautés d'ultraphytoplancton et de bactérioplancton ont montré une structuration spatiale forte le long des gradients métalliques. Les expérimentations en laboratoire ont montré que les ETMs jouaient un rôle important sur l'abondance et la diversité des communautés ultraplanctoniques, par des effets directs (toxicité) et indirects (couplage phytoplancton-bactérioplancton). La communauté microbienne de biofilm a été beaucoup moins impactée par les gradients métalliques dans la rade de Toulon que la communauté ultraplanctonique. En revanche, la communauté de biofilm a semblé influencée par sa proximité avec le compartiment sédimentaire, qui ont pu fournir des microorganismes colonisateurs lors d'épisodes de remise en suspension. En conclusion, les ETMs ont semblé avoir un impact sur l'ensemble des communautés microbiennes de la rade de Toulon avec toutefois, des variations d'influence selon le compartiment.
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Afin de contribuer à l’évaluation du risque environnemental lié à la contamination des sols par les métaux, la connaissance de leur spéciation, ainsi que des facteurs contrôlant leur mobilité et leur biodisponibilité dans des sols non anthropisés est nécessaire. Ce travail a permis de déterminer les caractéristiques physico-chimiques des eaux de subsurface circulant dans un sol non anthropisé de type Planosol (Massif Central, France) et de quantifier les processus de régulation de la mobilité de certains métaux traces (Cd, Cu, Pb, Zn) dans les solutions du sol. Les Planosols se définissent par leur morphologie et leur fonctionnement hydrique particulier où les horizons supérieurs perméables présentent un excès d’eau en hiver et au printemps. Trois stations ont été choisies en fonction de la topographie au niveau desquelles les eaux du sol ont été prélevées, de 2004 à 2006 pendant la période de saturation des sols, dans deux horizons différents : dans l’horizon éluvial appauvri et blanchi et dans l’horizon concrétionné riches en oxyhydroxydes de fer et de manganèse. L’objectif de ce travail était d’étudier, au sein de ces horizons, la distribution de Cd, Cu, Pb et Zn dans les solutions du sol et de déterminer les propriétés de complexation et d’adsorption de la matière organique (MO) et des particules minérales (oxyhydroxydes de fer, de manganèse et d’aluminium, argiles) vis-à-vis de ces métaux. Les ETM sont présents sous différentes espèces dissoutes et particulaires. Cette distribution est le résultat de processus physiques, chimiques et biologiques qui sont contrôlés par de nombreux facteurs (pH, pe, nature et teneur en particules, concentrations en cations majeurs, en ligands inorganiques et organiques dissous, ...). Deux approches ont été couplées pour étudier la spéciation des métaux (Cd, Cu, Pb et Zn) dans les solutions du sol : (1) exploitation des données acquises sur le terrain (analyse de leurs concentrations totales dans les fractions dissoute et particulaire) puis recherche de liens avec les autre composés présents dans la solution, et (2) détermination expérimentale de leurs affinités potentielles avec la MO par voltamétrie et potentiométrie afin d’acquérir des grandeurs (constantes de complexation et concentration de sites) permettant de déterminer la spéciation potentielle de ces éléments par calcul thermodynamique (PHREEQCI). L’approche analytique a montré l’importance des particules, notamment dans l’horizon concrétionné, qui constituent un support pour le transfert des métaux. En effet, les ETM sont significativement corrélés aux éléments tels que le fer, l’aluminium, le silicium ainsi qu’au carbone organique particulaire, mettant en évidence plusieurs processus, notamment des réactions d’adsorption sur les argiles ou gels de silice, sur les oxydes ou oxyhydroxydes de fer et d’aluminium et sur la matière organique. Ces composés peuvent être présents sous formes de particules simples ou de particules mixtes car leurs comportements semblent liés. Par contre, pour les espèces métalliques dissoutes, aucun processus prépondérant n’a été mis en évidence, ce qui peut s’expliquer par une compétition entre les différents mécanismes impliqués dans la distribution des éléments en solution, ou bien par un déséquilibre chimique (ou thermodynamique) global du système étudié. L’approche expérimentale a permis de mettre en évidence en solution des réactions potentielles entre les métaux et la matière organique dissoute, notamment des réactions de complexation, dans le cas de Cd, Cu, Pb et Zn, ainsi que des réactions d’adsorption, uniquement dans le cas du cuivre. Le couplage de ces deux approches a permis de mettre en évidence une compétition entre les réactions à l’interface solide-solution et les réactions en solution dans les deux horizons de sol étudiés. Dans l’horizon concrétionné, les métaux (principalement Cu, Pb et Zn) ont des affinités beaucoup plus fortes pour les réactions de surface avec les particules (minérales et/ou organiques) que pour les réactions de complexation en solution. La compétition est donc en faveur des particules qui jouent ici un rôle prépondérant car elles contrôlent la spéciation de ces métaux. La distribution des métaux traces dans les deux horizons étudiés est différent. Les résultats montrent que la composition chimique des solutions est principalement liée à la texture du sol (et donc la porosité) et à l’hydrodynamique du système. En effet, ces deux paramètres vont réguler la distribution des éléments en solution
Author: Bo Hu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 242
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La problématique de l’évolution des anthroposols développés sur résidus miniers revêt un intérêt majeur pour évaluer les risques de transfert de pollution métallique et métalloïde et de contamination de l’environnement. Cette étude a pour objectif de caractériser la contribution des colloïdes à la mobilité du plomb, de l’arsenic et de l’antimoine dans un anthroposol développé en région Limousin (France) sur des résidus miniers issus d’une ancienne mine d’or. Pour cela, deux méthodologies différentes mais complémentaires ont été appliquées : une étude spatio-temporelle in situ et des tests de lixiviation en laboratoire. L’étude in situ a révélé des fluctuations des paramètres physico-chimiques et chimiques des solutions de sol en fonction de la profondeur et au cours du temps. Il a été observé un comportement différent à l’échelle du profil de sol de Pb par rapport à As et Sb, malgré la ressemblance géochimique entre As et Sb. Ces comportements peuvent être expliqués par la nature différente de leurs phases porteuses, ainsi que par les différences de réactivité au cours de la pédogenèse. Dans les solutions de sol, ces phases sont infra micrométriques et/ou nanométriques et leur mobilité est dépendante des conditions physico-chimiques du milieu ainsi que des caractéristiques de la matière organique du sol. Ces résultats montrent l’importance de comprendre, à l’aide d’un suivi in situ, la mobilité des métaux et métalloïdes dans des milieux complexes et riches en matière organique afin d’évaluer le risque de pollution lié aux sites et sols pollués. Les tests de lixiviations ont non seulement partiellement reproduit l’étude in situ, mais ils ont pu aussi prévoir sur le long terme à la fois la nature des matières organiques lixiviées et une contribution plus importante des colloïdes sur la mobilité des métaux et métalloïdes dans le sol. La complémentarité des tests de lixiviation en laboratoire vis-à-vis de l’étude in situ a été avérée.
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Les activités anthropiques entraînent une contamination des sédiments de rivière en de nombreux polluants et en particulier en éléments traces métalliques (ETM). Si la majorité des ETM se retrouvent piégés dans les sédiments, ceux-ci peuvent être remobilisés et passer en solution dans certaines conditions physico-chimiques et sous l'action des microorganismes autochtones. Les métaux relargués peuvent alors constituer un danger potentiel pour les organismes vivants dans les sédiments et dans la colonne d'eau. Dans le cas des sols, l'impact de l'activité microbienne autochtone sur la mobilité des ETM a souvent été rapporté. Cependant une telle activité de solubilisation n'a été que rarement étudiée dans le cas des sédiments. Une telle connaissance est pourtant importante pour la prédiction du comportement des métaux contenus dans les sédiments et la gestion de ces derniers, notamment lors de leur stockage suite aux opérations de dragage. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse a été de comprendre et d'évaluer l'importance de certains des processus microbiens et chimiques de mobilité des ETM dans les sédiments en conditions anaérobies. La première phase de notre étude qui a consisté à incuber des sédiments de Seine et de Marne en milieu anaérobie dopé en glucose avait pour objectif d'étudier la corrélation entre le métabolisme microbien et le comportement des métaux en solution et dans les sédiments. Dans ces conditions opératoires, une forte solubilisation du fer et du manganèse (sous forme réduite) associée à une solubilisation de métaux traces (Co, Cu, Ni) a été mise en évidence, ce qui a laissé supposer l'intervention de bactéries ferri-réductrices dans les phénomènes observés. Une activité fermentaire importante a été observée et caractérisée par la production d'acides organiques majoritaires tels que les acides acétique et butyrique. Un tel résultat souligne l'importance des bactéries fermentatrices dans les phénomènes de dissolution observés. La deuxième étape de ce travail a consisté à confirmer l'importance de l'activité ferri-réductrice et à en identifier les acteurs principaux. Les analyses moléculaires menées ont montré que les bactéries ferri-réductrices majoritairement identifiées, appartiennent aux espèces Clostridium butyricum et Paenibacillus polymyxa. L'utilisation d'un modèle géochimique nous a permis de montrer que les voies métaboliques supportant la réduction du fer et la mobilité des métaux étaient les fermentations butyrique et acétique. La troisième étape a consisté à comparer les impacts directs (réduction enzymatique) et indirects (propriétés des acides organiques produits) de Paenibacillus polymyxa et Clostridium butyricum sur la mobilité du fer, du manganèse et des autres métaux. Une telle étude a montré que les acides organiques produits (acétique, lactique, succinique, propionique et butyrique) ont un très faible impact sur la solubilisation aux pH rencontrés dans les sédiments et que la réduction enzymatique microbienne est le principal mécanisme de dissolution des éléments métalliques en milieu anaérobie.
Author: Arthur J. Horowitz Publisher: CRC Press ISBN: Category : Business & Economics Languages : en Pages : 152
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This book provides a basic introduction to sediment-heavy metal interactions and how sediment chemical data can be used to address environmental questions and issues. It is designed to promote self-teaching and is written so that students and professionals with a minimum of formal training in the environmental sciences can understand it. The book addresses all of the major physical and chemical factors that control sediment-trace element chemistry, as well as sampling and sampling design, data manipulation, and data interpretation. Following in the steps of the successful first edition, which was used as a text for a three day short course for U.S. Geological Survey professionals interested in sediment trace chemistry and its application to water quality issues, A Primer on Sediment-Trace Element Chemistry, 2nd Edition is ideal for academics, geochemists, chemists, hydrologists, environmental lawyers, and water quality professionals needing a comprehensive introduction to this field.
Author: Erwan Tessier
Author: Erwan Tessier
Author: Khadija Baba
Author: Duc Huy Dang
Author: Amonda El Houssainy
Author: Clément Coclet
Author: Aurélie Pelfrène
Author: Bo Hu
Author: Catherine Gounou
Author: Arthur J. Horowitz
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