Book Description
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: Marie Ponthieu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 16
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Les problèmes de pollution des sols par des éléments traces métalliques étant de plus en plus nombreux, il est important de comprendre le comportement des métaux au sein de ces sols et d'appréhender leur transfert. Cette compréhension passe par une description des interactions entre ces éléments et les principaux compartiments réactifs des sols (matière organique, oxydes de fer et de manganèse et argiles). L'objectif de ce travail était de développer une approche basée sur la combinaison de plusieurs modèles pour l'étude de la Spéciation des éléments traces métalliques dans le sol et la solution du sol. Les modèles utilisés pour décrire les interactions des métaux avec les principales phases reactives du sol sont CD-MUSIC (oxydes de fer amorphes et cristallisés), NICA-Donnan (matière organique et oxydes de manganèse) et un modèle d'échange cationique basé sur .la convention de Gaines Thomas (argiles). Ce travail implique dans un premier temps la définition de constantes permettant de décrire les interactions des métaux étudiés (Cd, Cu, Pb et Zn) avec les oxydes de fer et de manganèse, une partie de ces informations n'étant pas disponible dans la littérature. La combinaison de ces modèles a été appliquée à deux sites naturels. Le premier est situé dans le Nord de la France à proximité d'une usine pyrométallurgique, il est contaminé en métaux par dépôts atmosphériques et le deuxième, situé en Bretagne est contaminé en cuivre et en zinc par épandage intensif de lisier porcin. Les résultats de la modélisation ont été comparés avec des résultats analytiques (extractions chimiques sélectives, utilisation d'une membrane échangeuse de cations et études EXAFS réalisées au cours de travaux antérieurs), afin de valider l'approche utilisée.
Author: Denis Baize Publisher: Editions Quae ISBN: 9782738007476 Category : Science Languages : fr Pages : 416
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Cet ouvrage rassemble la plupart des résultats obtenus dans le cadre du programme INRA-ASPITET concernant les éléments suivants : Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Tl, Zn, Hg et Se. Outre le rappel de généralités indispensables, ce recueil unique fournit de nombreuses références analytiques sur les teneurs en éléments traces métalliques dans les sols de France, de même que des démarches d'interprétation des résultats analytiques et des techniques de détermination des fonds pédogéochimiques naturels locaux, permettant ainsi d'estimer convenablement d'éventuelles contaminations même modérées. Ce référentiel intéressera tous les professionnels qui sont amenés à interpréter des résultats d'analyses de métaux lourds dans les sols et/ou gérer des épandages de déchets sur les terrains agricoles.
Author: Denis Baize Publisher: Editions Quae ISBN: 9782738009937 Category : Technology & Engineering Languages : fr Pages : 584
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Ce livre expose des travaux scientifiques récents, applications au plan local de méthodes d'intérêt général : possibilités, limites des techniques modernes et précautions à prendre ; études de cas dans lesquels les raisonnements de la pédologie et les caractéristiques des sols permettent l'interprétation des teneurs en éléments traces. En quatre parties - écosystèmes peu anthropisés, sols agricoles modérément contaminés par des pratiques courantes, sols fortement contaminés par des activités industrielles et méthodes de réhabilitation, étude de la mobilité des éléments traces dans les sols et de leur biodisponibilité - un ouvrage destiné à un large public d'ingénieurs de disciplines diverses.
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L'etude presentee entre dans le cadre du programme europeen marine science and technology et concerne les transferts d'eau, de matieres en suspension et de contaminants de l'ocean atlantique vers la mer du nord. A partir d'un echantillonnage effectue pendant une periode de 1 an sur le transect cherbourg-ile de wight, et grace a des techniques analytiques spectroscopiques (icp/aes, gfaas) et electrochimiques adaptees (dpsav) et nouvelles au laboratoire (swcsv), nous avons pu etudier la distribution spatio-temporelle des elements majeurs (fe, al, ca, mg, ti) et des metaux-traces (cu, pb, zn, cd, v, cr, mn). Le caractere oceanique des eaux est peu affecte sur le transect, exception faite au nord ou une double influence anthropique est mise en evidence. Nous montrons que des reactions d'adsorption sur les oxyhydroxides de fer et sur caco#3, d'assimilation / regeneration par le phytoplancton, de complexation par les substances humiques peuvent expliquer le comportement biogeochimique de certains des metaux traces etudies. Exception faite pour cd et cr(vi), cette forte influence anthropique perturbe l'observation du role biochimique de certains metaux-traces (cu, zn). L'etude de la speciation de la phase particulaire confirme l'adsorption de mn et de pb dans la phase biodisponible, et le calcul des coefficients de distribution k#d permet de classer l'affinite des elements pour cette phase selon l'ordre pb > v > zn > cd, cr. Enfin, l'utilisation d'un modele mathematique 2d de l'hydrodynamisme en manche a permis de calculer les flux annuels des metaux transitant vers la mer du nord. Les flux de contaminants, importants l'hiver, apparaissent geres plus par les flux d'eau que par les concentrations des elements.
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La préconcentration et la séparation des métaux traces de leurs milieux naturels est une étape nécessaire avant l'analyse par les méthodes spectroscopiques. Dans ce travail, nous avons développé de nouvelles méthodes analytiques pour le dosage des métaux traces dissous dans des milieux naturels. Pour cela, l'extraction de type solide-liquide en utilisant des résines chélatantes a été utilisée. La complexation des métaux (Fe, Cd, Ni, Mn, V, Zn, Pb et Cu) dans l'eau de mer par la 8-Hydroxyquinoline suivie par l'adsorption sur la colonne C18 permet des concentrations totales des métaux. Par contre, le passage direct de la même eau sur la colonne C18 permet la détermination des métaux complexés par les matières organiques. Puis par la différence entre la fraction totale et la fraction organique nous pouvons déduire la fraction inorganiques dite labile, qui est responsable de leur toxicité. Plusieurs résines chélatantes (comme la Chelex-100, Chélamine ou la 8-hydroxyquinoline immobilisée sur un gel) ont été testées pour estimer cette fraction. L'analyse des eaux marines a montré que le cadmium et le manganèse se trouvent majoritairement sous forme de complexes inorganiques. Le cuivre, le nickel, le fer, le plomb, le zinc et le vanadium sont aussi présents sous forme de complexes organiques en proportions variées. Enfin, les méthodes optimisées ont été utilisées pour étudier la spéciation et les concentrations totales de certains métaux dans les eaux interstitielles des carottes sédimentaires en trois sites différents de la Seine. Cette étude nous a permis de montrer que les protocoles analytiques mis au point sont bien capables de séparer et préconcentrer certains métaux et d'étudier ...
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La spéciation colloïdale des éléments traces métalliques (Cu, Pb et Cd) a été étudiée dans l’estuaire de la Penzé (Manche Occidentale, Bretagne) lors du cycle saisonnier. Cette étude a été réalisée afin de mieux comprendre les mécanismes responsables du transfert des métaux entre les différentes fractions (particulaire, colloïdale et réellement dissoute) lors du mélange des eaux. Deux techniques ont été utilisées (i) l’ultrafiltration permettant le fractionnement en 7 fractions de taille différente et (ii) la chronopotentiométrie pour la détermination de la teneur en métal dans les différentes fractions. L’ultrafiltration a été choisie car c’est une méthode non destructive et de mise en oeuvre simple et peu coûteuse. Les limites de détection de la chronopotentiométrie ont été améliorées de façon à pouvoir doser les métaux dans les différentes fractions. Nos résultats ont montré une présence particulièrement importante des métaux (Cu, Pb, Cd) dans la fraction colloïdale. Si le Cd est trouvé dans la partie plutôt basse du spectre de taille colloïdal (50 kDa), le Pb est par contre préférentiellement associé à des composé de haut poids moléculaire (300 kDa). Quant au Cu, il présente une distribution intermédiaire. Lors du cycle saisonnier, deux phénomènes majeurs ont été identifiés (i) une forte mobilisation des substances humiques depuis les sols du bassin versant à l’automne et (ii) la dégradation du matériel organique particulaire dans le compartiment benthique au printemps. Ces processus affectent non seulement la répartition colloïdale des éléments étudiés mais jouent également un rôle important dans les quantités et es formes transférées vers la zone côtière.
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EFFETS CUMULATIFS DES METAUX INTRODUITS DANS L'ENVIRONNEMENT MARIN A DES CONCENTRATION SUSCEPTIBLES DE SE TROUVER DANS DES REJETS INDUSTRIELS SUR DES CELLULES PHYTOPLANCTONIQUES EN CULTURE
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La répartition des métaux dans les eaux et les M.E.S de la Loire est soumise aux variations des principaux paramètres géochimiques. Les concentrations metalliques sont liées au débit fluvial. Dans les eaux, le cadmium et le zinc croissent avec les débits, alors que le cuivre, le fer, le manganèse et le plomb diminuent quand le débit augmente. Dans les MES tous les métaux augmentent avec les débits. 2 secteurs de l'estuaire sont le siège d'accumulations métalliques : Nantes, l'Indre à Cordemais. Les corrélations existant entre les métaux et les paramètres géochimiques des eaux et des MES étudioées permettent d'en préciser l'origine naturelle ou anthropique.
Author: Aurélie Pelfrène
Author: Marie Ponthieu
Author: Denis Baize
Author: Denis Baize
Author: France. Ministère de l'aménagement du territoire et de l'environnement
Author: Stéphanie Leclercq
Author: Ghiasse Abbasse
Author: Virginie Tanguy
Author: Michèle Roméo
Author: Brigitte Yvon