Rôle de la matière organique sur le devenir des polluants métalliques. Cas de la fertirrigation d'un sol en climat méditerranéen PDF Download
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Book Description
Cette étude vise à déterminer les conséquences de la fertirrigation sur un sol sableux à l’île de Porquerolles (France), sur d’une part, une parcelle de pêchers irriguée par les eaux de lagunes depuis 15 ans, et d’autre part, sur une parcelle non irriguée prise comme référence. Le suivi des propriétés physico-chimiques des sols a été effectué en fonction du temps (approximativement tous les trois mois pendant deux ans) et de la profondeur (entre 0-20 cm, 20-40 cm et 40-60 cm). Dans le but d’étudier le rôle de la matière organique naturelle dans le transfert des polluants métalliques, notamment le cuivre, le chrome, le plomb et le cadmium, des extractions séquentielles ont été faites pour les métaux et pour la matière organique du sol. Les expériences de batch (mode statique) et de colonne (mode dynamique) nous ont permis d’étudier les interactions entre les métaux et le sol. L’existence d’une compétition a été mise en évidence en mode statique et en mode dynamique entre le cuivre et le chrome. La validation de nos résultats expérimentaux obtenus par les expériences de batch et de colonnes, a été effectuée avec les codes géochimiques PHREEQC et STAINMOD. Enfin, cette étude sur le transfert des métaux dans le sol faite au laboratoire a été complétée par une étude in situ. Les deux parcelles d’étude ont été équipées par des tensiomètres, des humidimètres et des lysimètres. Toutes les données obtenues ont permis de suivre le profil des métaux, du carbone organique dissous et des majeurs dans la solution du sol et de calculer le bilan hydrique du sol
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Cette étude vise à déterminer les conséquences de la fertirrigation sur un sol sableux à l’île de Porquerolles (France), sur d’une part, une parcelle de pêchers irriguée par les eaux de lagunes depuis 15 ans, et d’autre part, sur une parcelle non irriguée prise comme référence. Le suivi des propriétés physico-chimiques des sols a été effectué en fonction du temps (approximativement tous les trois mois pendant deux ans) et de la profondeur (entre 0-20 cm, 20-40 cm et 40-60 cm). Dans le but d’étudier le rôle de la matière organique naturelle dans le transfert des polluants métalliques, notamment le cuivre, le chrome, le plomb et le cadmium, des extractions séquentielles ont été faites pour les métaux et pour la matière organique du sol. Les expériences de batch (mode statique) et de colonne (mode dynamique) nous ont permis d’étudier les interactions entre les métaux et le sol. L’existence d’une compétition a été mise en évidence en mode statique et en mode dynamique entre le cuivre et le chrome. La validation de nos résultats expérimentaux obtenus par les expériences de batch et de colonnes, a été effectuée avec les codes géochimiques PHREEQC et STAINMOD. Enfin, cette étude sur le transfert des métaux dans le sol faite au laboratoire a été complétée par une étude in situ. Les deux parcelles d’étude ont été équipées par des tensiomètres, des humidimètres et des lysimètres. Toutes les données obtenues ont permis de suivre le profil des métaux, du carbone organique dissous et des majeurs dans la solution du sol et de calculer le bilan hydrique du sol
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Les sols et les sédiments de rivières sont à la fois sources et réceptacles de polluants issus du fond géochimique ou de pollutions anthropiques. Ils contiennent différentes phases minérales et organiques porteuses d'éléments en traces métalliques (ETM) et de polluants organiques varies. L'activité microbienne joue un rôle majeur dans les cycles biogéochimiques de ces composes, par le jeu des interactions micro-organismes-minéraux-matières organiques. L’influence de la biodégradation des matières organiques (MO) complexes sur le devenir des métaux et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) est étudiée dans deux systèmes continentaux contrastes : un ferralsol de Nouvelle-Calédonie et un sédiment de rivière de lorraine. Des incubations permettent le suivi et la quantification de l'activité microbienne ainsi que la définition des mécanismes et paramètres impliques dans l'évolution des polluants au cours de la biodégradation des mo. L’accent est mis sur le couplage de certaines étapes du cycle du carbone avec les cycles des métaux. Les résultats montrent que la nature des MO et la quantité d'accepteurs d'électrons disponibles dans le milieu contrôlent l'activité microbienne aérobie et anaérobie. En aérobiose, la dégradation des composes organiques s'accompagne de la dissolution des carbonates et des sulfures présents dans le milieu. La réduction bactérienne de FE et MN entraine la solubilisation des ETM associes a leurs oxydes, notamment lorsque l'activité microbienne est stimulée par l'apport d'un substrat organique facilement métabolisable. La réduction des sulfates contribue à la précipitation de certains ETM. L’étude du statut des métaux dans la phase solide montre une réorganisation de ceux-ci au profit de compartiments plus réactifs et plus labiles au cours de l'altération microbienne. Enfin, l'activité microbienne entraine la dissipation des HAP du sédiment, même des plus lourds, en aérobiose et dans une moindre mesure en anaérobiose.
Author: Nadler Nahindy Simon Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La matière organique dissoute (MOD) peut par ses propriétés physico-chimiques et biologiques jouer un rôle prépondérant dans le devenir des polluants organiques dans le sol. Sa réactivité vis-à-vis des phases solide et liquide des horizons profonds du sol est fortement conditionnée par la dynamique de formation et de décomposition de la matière organique entrante. Dans les agrosystèmes soumis à l'influence anthropique, il est difficile de cerner les modifications engendrées dans la redistribution et la qualité du carbone organique dissous (COD) et les polluants organiques qu'il peut mobiliser vers les eaux souterraines. Ce travail cherche à étudier la variabilité spatio-temporelle de la MOD et les processus qui peuvent l'impliquer dans le devenir des polluants organiques dans les horizons profonds du sol.Deux modes de gestion des sols correspondant à des contextes agricoles contrastés ont été retenus pour cette étude : l'un concernant la mise en place de prairies temporaires dans les rotations céréalières pour diminuer les risques liés à la qualité des eaux souterraines (SOERE-ACBB Site de Lusignan, 86, Cambisol) et l'autre, l'apport de produits résiduaires organiques, PRO (composts) sur des rotations céréalières dans un contexte de valorisation agricole de ces produits (SOERE-PRO, Site Qualiagro à Feucherolles, 78, Luvisol). Les résultats ont révélé l'influence de la variabilité saisonnière et des modes de gestion sur la dynamique de formation de la MOD. Ils montrent dans les lixiviats de terrain des concentrations de COD globalement faibles (≤13.5 mg l-1) qui augmentent en début des saisons hivernales et printanières. Elles sont plus élevées dans le profil du Luvisol soumis aux amendements organiques (+5.2 mg l-1) comparé au témoin (sans amendement). La caractérisation par les méthodes de spectro-fluorescence et de chromatographie d'exclusion stérique a indiqué une faible influence des modes de gestion sur la composition de la MOD. Les chromatogrammes et les mesures d'UV-absorbance ont permis de constater des différences entre les conditions expérimentales de laboratoire et celles au champ. Certaines caractéristiques de la MOD des lixiviats de terrain diffèrent de celles de la MOD des extraits de l'horizon de surface de sol au laboratoire suggérant l'hypothèse d'une forte interaction de la MOD de surface à la phase solide des horizons profonds du sol au cours du processus de lixiviation. Cette interaction quantifiée par l'adsorption s'est avérée globalement très forte (75-86%), quasiment similaire entre les horizons profonds du Cambisol, mais augmente avec la profondeur dans le Luvisol. Aucune différence significative entre l'adsorption de MOD des différents traitements étudiés n'a été observée. Ces résultats peuvent s'expliquer par les gammes de concentrations de COD relativement faibles (0-36 mg l-1) utilisées dans nos expérimentations.En ce qui a trait au comportement des polluants organiques dans le profil du sol, nous avons montré que l'adsorption de l'herbicide dicamba, très faible au Cambisol et négligeable dans le cas du Luvisol, est fortement régulée par le pH du sol. Par ailleurs, l'adsorption des pesticides isoproturon et diflufénican diminue avec la profondeur du sol et est principalement conditionnée par la présence de matière organique. Contrairement aux pesticides, le dibutyl-phtalate qui est un polluant organique retracé dans les parcelles amendées par du compost est plus retenu en profondeur grâce à la fraction minérale du sol. L'adsorption des polluants organiques a été expérimentée en présence de la MOD extraite du sol à partir des différents traitements étudiés.
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L'objectif général de ce projet est d'apporter des données pertinentes sur le devenir de produits pharmaceutiques dans l'environnement, en particulier aux interfaces eau/sol, afin de mieux suivre les conséquences de leurs utilisations et de leurs rejets. A long terme, les enjeux concernent la protection de l'environnement et de la santé publique. Ces travaux portent sur la caractérisation des propriétés de rétention de cinq médicaments dans des sols calcaires de la région Champagne-Ardenne afin d'évaluer notamment leur potentiel transfert vers les milieux aquatiques. Différents paramètres ont été identifiés comme ayant une influence sur leur rétention. La rétention de l'enrofloxacine dépend fortement du pH et de la force ionique, celle du diclofénac des teneurs en CaCO3 et en matière organique des sols qui ont un effet antagoniste sur son adsorption, celle de la carbamazépine et du sulfaméthoxazole est faible sur un sol calcaire, et enfin la rétention du iopamidol est négligeable. Par ailleurs, l'influence des cations métalliques, polluants ubiquistes des sols, sur la rétention des médicaments a également été étudiée. Les expériences de co-adsorption ont montré que la présence de cuivre et de zinc influence significativement la rétention de l'enrofloxacine, conduisant à une augmentation des quantités adsorbées sur le sol via la formation d'un complexe ternaire de surface, et met ainsi en évidence l'importance de prendre en compte l'interaction des médicaments avec les métaux pour une meilleure compréhension de leur comportement dans les sols. Toutefois, aucune influence notable de la présence de cuivre sur la rétention des autres produits pharmaceutiques n'a été observée.
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Les composts de boues urbaines sont épandues sur des cultures pérennes afin d'apporter de la matière organique ; mais ils contiennent des macro-éléments et des éléments traces (dont les métaux lourds) susceptibles de nuire à l'environnement. Les conséquences d'un épandage dans un vignoble du Sud de la France (Vitis vinifera cv. Grenache) ont été étudiées de 1999 à 2001 à travers la physico-chimie du sol, le développemment de la vigne, et la qualité du vin. Le compost, issu du co-compostage de boues urbaines et de déchets verts, a été épandu aux doses de 10 (actuellement recommandée), 30 et 90 (maximum sur 10 ans) t/ha compost brut en mars 1999. Le taux de matière organique du sol (0-30 cm) a augmenté de 0,8% avant l'amendement à 1,1% 18 mois après. Les concentrations en éléments traces métalliques totaux et biodisponibles n'ont pas été modifiées, de même que les propriétés physiques du sol. Les concentrations d'azote minéral des parcelles fortement amendées étaient supérieures aux besoins de la vigne, d'où un risque de lessivage important les premiers 6 mois suivant l'épandage. De même, l'enrichissement du sol en phosphore laisse présager à long terme un danger environnemental. Ni la nutrition minérale de la vigne, ni la production de raisin n'ont été modifiées, mais la vigueur a été augmentée et la maturation retardée. Le vin des parcelles amendées aux fortes doses et issus de la première vendange était moins riche et moins apprécié. La seconde année, la qualité des vins était équivalente. L'apport d'un compost de boues sur des cultures pérennes paraît dangereux lors d'apport à fortes doses ou d'apports réguliers à des doses plus modérées (10 t/ha) en raison des risques de pollution par l'azote et le phosphore. Dans le vignoble, la dose d'apport d'un compost ne devrait pas dépasser 2 t/ha/an (matière fraîche), mais l'augmentation recherchée du taux de matière organique du sol n'apparaîtrait qu'à long terme et une fertilisation azotée serait nécessaire.
Author: Valérie Azzi Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 242
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Soil compaction and contamination with heavy metals were the response of the use of heavy machinery and phosphate fertilization to improve and expand agricultural productivity. The Eastern Mediterranean emerging countries suffer from lack in legislations and regulations organizing the chemical fertilizers use. This is due to the insufficient data on soil characteristics and agricultural practices. Thus, excessive fertilization can be considered as potential sources of soil contamination by trace metals susceptible to be transferred to the different food chains. One of the main occupations of the Lebanese Agriculture Research Institute (LARI) was to evaluate the associated risks to the trace metals inputs coming from phosphate fertilizers. The investigation of phosphate fertilizers used in Lebanon and neighboring countries showed that cadmium is well bonded to sulfate-phase when sulfate is present in the fertilizers. The annual average of the deposition of Cd, Cu, Pb and Zn in soil was found lower than the recommended limits in some countries like Brazil and Britain but such contribution is relatively high when considering the alkaline nature of the soil. Thus, norms and legislations for acidic soil cannot be necessarily adaptable and used for alkaline soil knowing that such soil is the best environment to stabilize the metals and limit their bioavailability. Lactuca sativa (lettuce), widely consumed specie in Mediterranean countries, has been chosen as target specie to be studied in order to follow cadmium in different parts of the plants and its partition between water, soil and plants. The effects of the compaction, cadmium and phosphate fertilizers were evaluated on morphological and physiological characteristics of Lactuca sativa cultivated in columns. Cadmium mobility in soil and its transfer to lettuce, the microbial population (the number of total bacteria, total fungi, cadmium resistant bacteria CRB and phosphate solubilizing microorganisms PSM) and the enzymatic activities of alkaline phosphatase (ALP), acid phosphatase and dehydrogenase activity (DHA) were also studied. Cadmium mobility was decreased in the soil amended with cadmium and phosphorus and compaction increased the Cd accumulation in the lettuce's aerial part and the nitrate infiltration. A decrease of the number of total bacteria, fungi, ALP and an increase in the number of PSM, CRB and acid phosphatase activity were observed in the treatment where the soil was compacted and amended with cadmium and phosphate fertilizers. In absence of any interactive matrix with the metals and the phosphate fertilizers other than the lettuces, the effects of cadmium and phosphate fertilizer were evaluated on morphological and physiological characteristics of lettuces grown in hydroponic culture. Cadmium absorption and transfer to aerial part was also studied. The lettuces development's was important in the hydroponic culture more than in soil cultivation in presence of phosphate fertilizer. Despite the rapid growth of lettuces in hydroponic culture, this system is a potential source of bioavailable cadmium that is absorbed by lettuces and transferred to roots and aerial parts conducting to morphological changes.
Author: Philippe Cambier Publisher: Quae ISBN: 2759211681 Category : Science Languages : fr Pages : 311
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À partir de résultats de différents programmes de recherche sur les sites et sols contaminés par des métaux, cet ouvrage analyse le devenir de ces contaminants dans les sols agricoles, les effets et les risques relatifs aux plantes cultivées ou poussant spontanément en zone péri-industrielle, les effets sur les organismes et notamment sur la mésofaune des sols. Enfin, la question de l'adaptation de végétaux aux milieux fortement chargés en métaux est abordée au travers de quelques travaux visant à la maîtrise du choix d'espèces qui peuvent recouvrir les surfaces polluées et réduire ainsi les risques de transfert.
Author: Tatiana Kirpichtchikova Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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De nombreuses études en phytoremédiation visent à accroître le prélèvement des métaux par les plantes pour dépolluer les sols. Ce travail porte sur une nouvelle approche de phytoremédiation appelée Jardins Filtrants qui consiste à traiter le sol dans des casiers végétalisés par des plantes de milieux humides (Phragmites australis, Iris pseudacorus et Salix viminalis) et irrigués de manière à imposer une alternance des conditions hydromorphie-assèchement afin d'accroître la solubilité des métaux dans le sol et de les extraire par lixiviation. Dans une expérience pilote de seize mois, cette approche a été appliquée pour la phytoremédiation de Zn, Cu et Pb d'un sol agricole fortement pollué par l'épandage d'eaux usées; Le bilan de masse des métaux dans les systèmes sol-plante a montré que seule une quantité non-significative des métaux a été accumulée dans la biomasse des plantes. Une quantité importante des métaux a été éliminée du sol via la phytolixiviation résultant de l'interaction de l'activité racinaire avec l'irrigation. Un traitement chimique complémentaire au citrate permet d'augmenter la lixiviation. Les mécanismes de transformation de Zn et Cu impliqués dans cette phytoremédiation ont été mis en évidence par combinaison des techniques analytiques sur la source synchrotron à micro- (μXRF, μXRD, μEXAFS) et macro-échelle (EXAFS) couplée aux analyses chimiques, permettant d'identifier et quantifier les formes des métaux dans le sol. Dans le sol initial, le zinc a été majoritairement sous formes de minéraux secondaires (Zn-ferrihydrite, Zn-phosphate et Zn-phyllosilicate modélisé par Zn-kérolite) et le cuivre a été associé essentiellement à la matière organique. L'activité racinaire dans les conditions hydromorphie-assèchement a profondément modifié la spéciation des métaux. Zn-ferrihydrite, une des formes majoritaires de Zn, a été complètement dissoute. La dissolution réductive de cet oxyhydroxyde de fer, favorisée par les conditions d'hydromorphie, a induit la lixiviation de Zn. Une partie de Zn solubilisé a coprécipité avec Fe en un autre oxyhydroxyde de fer zincifère moins soluble, Zn-goethite substituée, dans les conditions oxydantes et avec assistance des racines formant des plaques de goethite en défense contre l'excès de métaux dissous. De plus, les nouvelles particules de Zn métallique et ZnO ont été découvertes dans la rhizosphère, en faible quantité. L'oxydation de la matière organique a induit l'excès de Cu cationique toxique. En réponse au stress oxydant, ce cuivre a été biotransformé par les racines en association avec des mycorhizes en nanoparticules de Cu métallique, en quantité importante. Ce nouveau mode de biominéralisation peut-être typique des plantes de milieux humides. Cette nouvelle voie de phytoremédiation implique principalement la phytolixiviation induisant la solubilisation des métaux et leur lixiviation et la phytotransformation, due pour une part à la phytodétoxication, conduisant la conversion des métaux toxiques en formes peu solubles.
Author: Tatiana Kirpichtchikova Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages :
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De nombreuses études en phytoremédiation visent à accroître le prélèvement des métaux par les plantes pour dépolluer les sols. Ce travail porte sur une nouvelle approche de phytoremédiation appelée Jardins Filtrants qui consiste à traiter le sol dans des casiers végétalisés par des plantes de milieux humides (Phragmites australis, Iris pseudacorus et Salix viminalis) et irrigués de manière à imposer une alternance des conditions hydromorphie-assèchement afin d'accroître la solubilité des métaux dans le sol et de les extraire par lixiviation. Dans une expérience pilote de seize mois, cette approche a été appliquée pour la phytoremédiation de Zn, Cu et Pb d'un sol agricole fortement pollué par l'épandage d'eaux usées; Le bilan de masse des métaux dans les systèmes sol-plante a montré que seule une quantité non-significative des métaux a été accumulée dans la biomasse des plantes. Une quantité importante des métaux a été éliminée du sol via la phytolixiviation résultant de l'interaction de l'activité racinaire avec l'irrigation. Un traitement chimique complémentaire au citrate permet d'augmenter la lixiviation. Les mécanismes de transformation de Zn et Cu impliqués dans cette phytoremédiation ont été mis en évidence par combinaison des techniques analytiques sur la source synchrotron à micro- (μXRF, μXRD, μEXAFS) et macro-échelle (EXAFS) couplée aux analyses chimiques, permettant d'identifier et quantifier les formes des métaux dans le sol. Dans le sol initial, le zinc a été majoritairement sous formes de minéraux secondaires (Zn-ferrihydrite, Zn-phosphate et Zn-phyllosilicate modélisé par Zn-kérolite) et le cuivre a été associé essentiellement à la matière organique. L'activité racinaire dans les conditions hydromorphie-assèchement a profondément modifié la spéciation des métaux. Zn-ferrihydrite, une des formes majoritaires de Zn, a été complètement dissoute. La dissolution réductive de cet oxyhydroxyde de fer, favorisée par les conditions d'hydromorphie, a induit la lixiviation de Zn. Une partie de Zn solubilisé a coprécipité avec Fe en un autre oxyhydroxyde de fer zincifère moins soluble, Zn-goethite substituée, dans les conditions oxydantes et avec assistance des racines formant des plaques de goethite en défense contre l'excès de métaux dissous. De plus, les nouvelles particules de Zn métallique et ZnO ont été découvertes dans la rhizosphère, en faible quantité. L'oxydation de la matière organique a induit l'excès de Cu cationique toxique. En réponse au stress oxydant, ce cuivre a été biotransformé par les racines en association avec des mycorhizes en nanoparticules de Cu métallique, en quantité importante. Ce nouveau mode de biominéralisation peut-être typique des plantes de milieux humides. Cette nouvelle voie de phytoremédiation implique principalement la phytolixiviation induisant la solubilisation des métaux et leur lixiviation et la phytotransformation, due pour une part à la phytodétoxication, conduisant la conversion des métaux toxiques en formes peu solubles.
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La contamination métallique des sols résultant d'activités industrielles soulève de nombreuses questions quant à l'impact potentiel de ces activités sur l’environnement et la santé humaine. Un premier volet de cette étude a été consacré au diagnostic de l'état de pollution des sols environnant le site métallurgique VLP (prés de Limoges, France). Pour cela, nous avons développé une stratégie d'échantillonnage qui s'est avérée adaptée à l'évaluation de la contamination des sols situés à proximité d'une source de pollution localisée et avec une dissémination par voie atmosphérique. Ce travail a permis de collecter des données sur les teneurs en métal pseudo-total pour les deux profondeurs 0-10 et 10-50 cm (cartographies de répartition) ainsi que sur le degré de mobilité des métaux. De fortes teneurs en cuivre et cadmium, résultant des activités historiques du site, ont ainsi pu être mises en évidence. Les métaux d'origine anthropique sont apparus plus mobiles que ceux d'origine naturelle. Ainsi, ces polluants, sont particulièrement sensibles aux variations des conditions du milieu, notamment le pH et le potentiel d'oxydo-réduction. Le deuxième volet de ce travail concerne l'influence de conditions réductrices sur la mobilité des métaux dans les sols. La solubilisation, en milieu réducteur Cu, Pb et Zn, provenant d'un sol sol prélevé à proximité immédiate du site industriel a été suivie. Une large gamme de potentiels d'oxydo-réduction a été imposée par ajouts de solutions d'ascorbate de sodium. Cette étude a montré que lorsque les conditions deviennent réductrices, les oxydes de fer et de manganèse sont dissous. La dissolution des ces phases entraîne la remobilisation d'une partie des contaminants métalliques. La notion novatrice de « redox remobilisant-edge » a ainsi été introduite. Elle implique l'existence d'une zone sensible au cours de laquelle un fort relargage des métaux est observé pour une variation restreinte du potentiel d'oxydo-réduction. Ce paramètre devrait donc être inclus dans les études d'évaluation des risques.
Author: Lobna Gharbi Tarchouna
Author: Lobna Gharbi Tarchouna
Author: Cécile Quantin
Author: Nadler Nahindy Simon
Author: Mareen Graouer Bacart
Author: Nathalie Korboulewsky
Author: Valérie Azzi
Author: Philippe Cambier
Author: Tatiana Kirpichtchikova
Author: Tatiana Kirpichtchikova
Author: Sonia Penilla