SPÉCIATION DES ETM DANS DIVERS PRO ET DYNAMIQUE APRÈS LEURS AMENDEMENTS

Marie Tella, Postdoctorante UR Recyclage et risque

Dakar, Décembre 2010ISARDSéminaire mi parcours

Stage S. Chataing (2009)

Teneurs totales PRO brut

Répartition granulométrique

Incubations en conditions contrôlées

Mesures par DGT (Diffusive Gradients in Thin films)

Modélisations physico-chimiques

1. Inventaire

3. Dynamique

Méthodes spectroscopiques

Extractions chimiquesStage - N. Bossa (2010)

- A. Fernandez (2010)

2. Spéciation

Caractérisation des ETM au sein des PRO Comportement des ETM lors d’interactions

Sol/PRO

2

Stage S. Chataing (2009)

Teneurs totales PRO brut

Répartition granulométrique

Incubations en conditions contrôlées

Mesures par DGT (Diffusive Gradients in Thin films)

Modélisations physico-chimiques

1. Inventaire

3. Dynamique

Méthodes spectroscopiques

Extractions chimiquesStage - N. Bossa (2010)

- A. Fernandez (2010)

2. Spéciation

Objectif de la présentationDécrire la démarche scientifique en

cours

3

Intensification agricole par le recyclage des PRO

1 DES BÉNÉFICES = APPORTS ORGANIQUES

Etudes dès 19ème siècle par Thaer (citées dans Feller et al., 2003)

Introduction

Prise de conscience précoce

Evaluation des bénéfices de l’amendement organique par

des modèles de cinétiques de minéralisation de C et N (e.g., TAO)

4

Introduction

Apports organiques : démarche TAO

[C] et [N] dans sol et PROComposition biochimique

Extraction Van Soest

ENTRÉES

MODÈLE

SORTIES

Dynamique de minéralisation

Thuriès et al., 2002; Pansu et Thuriès 2003

Incubations en conditions contrôlées

CALAGE DES PARAMÈTRES D’ENTRÉES

5

Intensification agricole par le recyclage des PRO

1 DES RISQUES = CONTAMINANTS MÉTALLIQUES

Atkinson et al., 1953 = première étude des ETM dans les fumiers

Introduction

Prise de conscience tardive

Objectif = recherche d’outils pour évaluer le risque engendré par la présence

de contaminants métalliquesSont-ils disponibles ?

6

Objectifs

Contaminants métalliques : démarche de modélisation MODÈLE

ENTRÉES

CALAGE DES PARAMÈTRES D’ENTRÉES

SORTIES

Dynamique des ETM au cours de la minéralisation

7

Amendement et "dynamique"  des ETM

Méthodes

Equilibrage continuelsolide / solution

ETM

ETM

ETM

ETM

ETM

ETM-L

8

Particules de sol

Particules de PRO contaminé en ETM

Technique DGT pour mesurer les métaux

labiles en solution

Sol + PRO

Doelsch et al., 2010

Minéralisation du carbone

Flux de métaux

Insertion d’unités DGT dans les microcosmes

des incubations contrôlées

9

Méthodes

Contaminants métalliques : démarche de modélisation MODÈLE

ENTRÉES

CALAGE DES PARAMÈTRES D’ENTRÉES

SORTIES

Dynamique des ETM au cours de la minéralisation

10

Incubations en conditions contrôlées

Mesures par technique DGT

Spéciation des ETM

Spéciation MO

Méthodes

Modèle d’évolution de la spéciation au cours du temps

Adaptation outils existants

Méthodes

MO Objectif = compréhension

de sa réactivité avec ETM

Outils : Extractions chimiques Mesure UV Mesure IR et RMN

Spéciation

ETM

Objectif = Identification phases

porteuses (inorganique ou organique )

Outils : Extraction chimiques µfluorescence X Spectroscopie d’absorption X

11

Biodisponibilité

Résultats 12

Mould from MSWC, Antananarivo, Madagascar

9650 9660 9670 9680 9690 9700

Nor

mal

ized

abs

orba

nce

E(eV)

terreau (Mada)_0.2-20 µm

ZnCO3

Zn-fulvic

XAS

Matière Organique

(attente résultats Zn)

CONCLUSIONS SPÉCIATION[Zn] tot = 3200 mg kg-1

CONCLUSIONS SPÉCIATION[Zn] tot = 3200 mg kg-1

Zn biodisponible <1% de Zn total

CONCLUSIONS SPÉCIATION[Zn] tot = 3200 mg kg-1

Zn biodisponible <1% de Zn totalAssocié à des phases orga et inorganiques

CONCLUSIONS SPÉCIATION[Zn] tot = 3200 mg kg-1

Zn biodisponible <1% de Zn totalAssocié à des phases orga et inorganiquesC organique non labile

Résultats13

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200 400 600 800 1000

F DG

T(×

10-5

ng c

m- ²

s-1)

incubation time (h)

Zn

control soil soil + compost

CONCLUSIONS ICC-DGT

Zn dynamique 15% Zn total

CONCLUSIONS SPÉCIATION[Zn] tot = 3200 mg kg-1

Zn biodisponible <1% de Zn totalAssocié à des phases orga et inorganiquesC organique non labile

Mould from MSWC, Antananarivo, Madagascar

Résultats sur PRO sélectionnés - Planning

14

Critère 1 = Décrire les grands types de fractionnement granulométriques

Critère 2 = teneurs suffisantes pour étude par méthodes spectroscopiques

Critère 3 = Conservation de la diversité des origines géographiques

et du type de PRO

Critère 1 = Décrire les grands types de fractionnement granulométriques

Critère 2 = teneurs suffisantes pour étude par méthodes spectroscopiques

Critère 3 = Conservation de la diversité des origines géographiques

et du type de PRORésultats Spéciation

Extractions ETM biodisponible

Extractions ETM /MO – début janvier 2011

XAS - Fin janvier 2011

Spéciation MO – Février-Mars 2011

Résultats ICC-DGT

Fin ICC (120 jours) début février 2011

- 6 PRO- pour 1 PRO 2 doses conditions stériles

Résultats fin mars 2011

Conclusions15

Court terme : données fournies par PRO sélectionnés

Long terme : modélisation prédictive de la dynamique des ETM

spéciation des ETM au sein des PRO+

CARACTÉRISATION DESÉLÉMENTS TRACES MÉTALLIQUES

AU SEIN DE PRODUITS RÉSIDUAIRES ORGANIQUES

Marie Tella, Postdoctorante UR Recyclage et risque

Dakar, Décembre 2010ISARDSéminaire mi parcours

Mesure des ETM disponibles au cours

du tempsErnstberger et al., 2002

Elution de la résine

M = masse accumulée flux cumulé

Loi de Fick

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200 400 600 800 1000

Flux

mea

sure

d (×

10-5

ng/c

m².

s)

temps (h)

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000

m a

ccum

ulat

ed (

ng)

temps (h)

[ETM labile] = f(temps)

dans la solution de sol

F(t) = f(Ci)

Principe de la technique DGT

Spéciation des ETM18

Extractions chimiques : Extraction séquentielle (A. Fernandez) : interactions

ETM-MO CaNO3

NaOH ou Pyrophosphate de sodium (Na4P2O7)

Extraction simple (N Bossa) = NH4NO3FRACTION BIODISPONIBLE

FRACTION ÉCHANGEABLE

FRACTION LIÉE À LA MO

Simples à mettre en œuvre Extractants pas toujours sélectifs et risque de perturbation des conditions physico-chimiques

Attente résultats analytiq

ues

19

Méthodes in-situ µ-fluorescence X

Données acquises Traitements statistiques (en cours)

Spectroscopie d’absorption X

Spéciation des ETM

Matériel de laboratoire facilement disponible Qualitatif et pas de mesures pour les légers (e.g., C …)

Quantitatif pour les phases inorganiques et organiques Source synchrotron très demandée = accès très limité …

ASSOCIATIONS ETM/ ELÉMENTS MAJEURS

GÉOMÉTRIE DE COORDINATION + DEGRÉ REDOX + ASSOCIATION PHASE

MAJEURES

Caractérisation de la MO20

IR sur le PRO brut : empreinte trop importante de la fraction inorganiques dans la majorité des cas

FORTE EMPREINTE INORGANIQUEFORTE EMPREINTE INORGANIQUE

Compost d’ordure ménagère, Mahajanga, Madagascar

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

300800130018002300280033003800

PRO_4

2393

1426

1036

468

779

3427

2987

2904

2530

875

694

530

1085

1656

1170

Caractérisation de la MO21

Extractions alcalines des fraction humiques et fulviques

(Stage A. Fernandez)

Mesures UV

Après lyophilisation IR RMN

CARACTÉRISATION FONCTIONNELLE

EN COURS …