Audrey PERNOT Laboratoire Sols et Environnement Géologie et Gestion des Ressources
description
Transcript of Audrey PERNOT Laboratoire Sols et Environnement Géologie et Gestion des Ressources
Audrey PERNOTLaboratoire Sols et EnvironnementGéologie et Gestion des Ressources
Stéphanie OUVRARD (LSE), Pierre LEGLIZE (LSE) et Pierre FAURE (G2R)
Séminaire RP2E19 janvier 2012
Evolution des matières organiques d’origine fossile
dans les sols fortement contaminés et conséquences sur la disponibilité des HAP
Contexte
oGestion et valorisation des friches industrielles après l’arrêt des activités liées au charbon et à son exploitation
oNombreux sites et sols pollués en France (BASOL 2010 : 4300 sites dont 18% pollués par des HAP)
oComposés présents dans tous les compartiments de l’environnement, posant un véritable problème du fait de leurs propriétés toxiques et cancérigènes (Nieman et al, 1999; Semple et al, 2003)
Nécessité de traitements de dépollution
19/01/2012 Séminaire RP2E 1
oPhytoremédiation : technique à moindre coût et moindre perturbation environnementale
Contexte
19/01/2012 2
oTechnique utilisant les plantes et les microorganismes de la rhizosphère associées, pour supprimer, transformer ou contenir des composés toxiques dans les sols, les sédiments, les eaux souterraines ou les eaux de surface (Susarla et al, 2002) Séminaire RP2E
Contexte
oDisponibilité : propriété gouvernant la mobilité et le passage en phase aqueuse
Sources Minéraux
MOContaminants
organiques
Phases
fluides du sol
Organismes
Vivants Racines
Microorganismes
Mobilisation Transport
DISPONIBILITE
19/01/2012 Séminaire RP2E 3
Contexte : nature et propriétés des polluants
oHAP : Hydrocarbure Aromatique Polycyclique
oPolluants persistants (POP)
oComposé comportant au moins deux noyaux benzéniques fusionnés entre eux (Menzie et al, 1992)
oPropriétés dépendantes du nombre de cycles :Hydrophobie
-
+
Solubilité Volatilité
- -
+ +
4
ObjectifsoDans le cadre de la réhabilitation des sols de
friches industrielles par phytoremédiation
oObjectif : identification des facteurs limitant son efficacité dans le traitement des pollutions organiques de type HAP
19/01/2012 Séminaire RP2E 6
ObjectifsoDans le cadre de la réhabilitation des sols de
friches industrielles par phytoremédiation
oObjectif : identification des facteurs limitant son efficacité dans le traitement des pollutions organiques de type HAP
19/01/2012 Séminaire RP2E 6
Démarche généraleoDescription de la structure du solIdentification des différents types de MO dans les fractions granulodensimétriques et leur contribution à la structure du sol
oExpérimentationApport de MO fraîche dans le sol et détermination de son effet sur la structure du sol, la répartition et la concentration des HAP
disponibilité
oStructure : association des particules du sol déterminant la répartition dans l’espace de la matière solide et des pores. Elle est obtenue par fractionnement granulodensimétrique à l’eau.
oTexture : part respective de chaque constituant trié selon leur taille. Elle permet d’estimer la proportion des sables, limons et argiles par fractionnement granulométrique après destruction de la MO et des carbonates afin d’individualiser les particules GraviersArgiles Limons
finsLimons grossie
rs
Sables grossie
rs
Sables fins
(µm)2 20 50 200 2000
Définitions
ObjectifsoDans le cadre de la réhabilitation des sols de
friches industrielles par phytoremédiation
oObjectif : identification des facteurs limitant son efficacité dans le traitement des pollutions organiques de type HAP
19/01/2012 Séminaire RP2E 6
Démarche généraleoDescription de la structure du solIdentification des différents types de MO dans les fractions granulodensimétriques et leur contribution à la structure du sol
oExpérimentationApport de MO fraîche dans le sol et détermination de son effet sur la structure du sol, la répartition et la concentration des HAP
disponibilité
Méthodes : Pré traitement
oSol de l’ancienne cokerie de Neuves Maisons
oConditionnement du sol : tamisé à 2 mm et lyophilisé
oComparaison de la structure du sol avant et après pré traitement pour déterminer le rôle de la MO
Application de 3 extractions sélectives de MO (Extraction sous pression)• Dichlorométhane : élimination de la totalité de
la MO extractible• n-hexane : conservation de la fraction
organique extractible macromoléculaire• Eau chaude (100°C) : élimination de la totalité
de la fraction organique susceptible d’être mobilisée par l’eau météorique ou de nappe
19/01/2012 Séminaire RP2E 7
pH C org (%)
Sables (%)
Limons (%)
Argiles (%)
7,67
8,3 68,23 21,14 10,62
Méthodes : Fractionnement granulodensimétrique et analyses chimiques
oFractionnement granulodensimétrique : répartition des agrégats et/ou particules stables à l’eau
oCaractérisation chimique des fractions granulodensimétriques et de l’échantillon global• Extraction au dichlorométhane avec l’ASE• Analyse des extraits organiques
- CPG-SM (chromatographie en phase gazeuse – spectrométrie de masse) : obtention de la distribution moléculaire des composés présents et dosage des 16 HAP réglementaires- µIRTF (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier) : fonctionnalisation des extraits19/01/2012 Séminaire RP2E 8
Résultats : Fractionnement granulodensimétrique
19/01/2012 Séminaire RP2E 9
Résultats : Fractionnement granulodensimétrique
9
Augmentation proportion des SG et diminution des fines après extraction au DCM
Hypothèse : augmentation des SG due à l’élimination des particules fines (goudron)
Résultats : Fractionnement granulodensimétrique
19/01/2012 Séminaire RP2E 9
Diminution proportion des SG, SF et LG et augmentation des LF après extraction au n-hexane
Hypothèse : désagrégation des grossières pour former LF
Résultats : Fractionnement granulodensimétrique
19/01/2012 Séminaire RP2E 9
Pas d’effet significatif après traitement à l’eau chaude
Résultats : Taux d’extrait organique normalisé
19/01/2012 Séminaire RP2E 10
Résultats : Taux d’extrait organique normalisé
19/01/2012 Séminaire RP2E 10
oTémoin : 2 porteurs de MO
Résultats : Taux d’extrait organique normalisé
19/01/2012 Séminaire RP2E 10
oTémoin : 2 porteurs de MO
oForce d’extraction souhaitée au début de l’expérience
Résultats : Taux d’extrait organique normalisé
19/01/2012 Séminaire RP2E 10
oTémoin : 2 porteurs de MO
oForce d’extraction souhaitée au début de l’expérience
oMalgré l’extraction de MO, on a toujours les 2 mêmes porteurs de MO
Résultats : GC-MS Somme des 16 HAP
1119/01/2012 Séminaire RP2E
Résultats : GC-MS Somme des 16 HAP
11
Fraction la plus concentrée en HAP : Limons fins
19/01/2012 Séminaire RP2E
Résultats : GC-MS Somme des 16 HAP
11
Fraction la plus concentrée en HAP : Limons finsConcentration pour Eau Chaude similaire au témoin
19/01/2012 Séminaire RP2E
Résultats : GC-MS Somme des 16 HAP
11
Fraction la plus concentrée en HAP : Limons finsConcentration pour Eau Chaude similaire au témoinConcentration inférieure d’un facteur 4 pour la modalité Hexane par rapport au témoin19/01/2012 Séminaire RP2E
Résultats : GC-MS Somme des 16 HAP
11
Fraction la plus concentrée en HAP : Limons finsConcentration pour Eau Chaude similaire au témoinConcentration inférieure d’un facteur 4 pour la modalité Hexane par rapport au témoinConcentration inférieure à la limite de quantification pour DCM
Résultats : GC-MS Distribution des HAP (échantillon global)
19/01/2012 Séminaire RP2E 12
19/01/2012 Séminaire RP2E 12
Témoin et Eau Chaude : distribution centrée sur les 3-4 cycles
Résultats : GC-MS Distribution des HAP (échantillon global)
19/01/2012 Séminaire RP2E 12
Témoin et Eau Chaude : distribution centrée sur les 3-4 cyclesHexane : prédominance des 5-6 cycles
Résultats : GC-MS Distribution des HAP (échantillon global)
Phénanthrène : produit cinétique (basse température) – origine fossile (charbon)Anthracène : produit thermodynamique (haute température) - origine industrielle (goudron de houille)(Budzinski et al, 1997)
Séminaire RP2E 13
Charbon
Goudron
Résultats : Phénanthrène vs. Anthracène (modalité témoin)
19/01/2012
Phénanthrène : produit cinétique (basse température) – origine fossile (charbon)Anthracène : produit thermodynamique (haute température) - origine industrielle (goudron de houille)(Budzinski et al, 1997)
Limons placés sous la bissectrice : [Ant] > [Phe]Signature «charbon» dans les sables et «goudron» dans les particules fines
Séminaire RP2E 13
Charbon
Goudron
Résultats : Phénanthrène vs. Anthracène (modalité témoin)
ConclusionSol de Neuves- Maisons
oSG et LF : Porteurs de MO• SG : Abondant• LF : Concentré en MO
oGC-MS : LF principal puits de HAP Prédominance des HAP 3-4 cycles
oPhe/Ant : différence de type de MOSignature Goudron / Charbon
oExtractions sélectives influent sur la structure du sol
Hexane : Diminution des particules les plus grossières et augmentation des LF
DCM : Augmentation SG et diminution des particules les plus fines
14Séminaire RP2E19/01/2012
PerspectivesPoursuite de la caractérisationoAnalyse IRTF des extraits organiquesoMesure du TOC sur les différentes fractionsoPétrographie organique (charbon – coke –
goudron)oPoursuivre les caractérisations moléculairesoObservations : loupe biloculaire et MEB des
fractions et des échantillons globaux
oLiaison disponibilité, nature de la MO et classe granulométriques (Tenax)
ExpérimentationoApport de MO fraîche dans le sol via des débris
végétaux et une culture : détermination de son effet sur la structure du sol, la répartition et la concentration des HAP
15