Efficience de la phytostabilisation sur le comportement et les transferts des ETMs

dans les écosytèmes terrestresO. Faure1, J-L. Bouchardon1, C. Conord1, F. Douay2, S. Drouhot3,

A. Leprêtre4, F. Raoul3 & R. Scheifler3

1 Ecole Nationale Supérieure des Mines de St-Etienne - UMR 5600 - Equipe Géosciences & Environnement2 Institut Supérieur d’Agriculture de Lille - LGCgE (EA 4515) - Equipe Sols et Environnement 3 Université de Lille I - LGCgE (EA 4515) - Equipe Ecologie Numérique et Ecotoxicologie4 Université de Franche-Comté - UMR 6249 – Equipe Chrono-environnement

Efficience de la PHYTOstabilisation sur le comportement et les transferts des ETMs dans les écosytèmes terrestres

Diminuer les risques liés aux sites contaminés en diminuant les transferts des contaminants vers les différents compartiments de l’écosystème

Risque = f (Source, Transfert, Cible)

En diminuant les transferts, les risques diminuent

Phytostabilisation

Risque = f (Source, Transfert, Cible)

La phytostabilisation n’est pas une méthode de décontamination (tout ou partie de la source reste en place)

mais une méthode de confinement in situ, qui vise à immobiliser les ETMs dans le sol.

Quel est l’objectif de la PHYTOstabilisation ?

Quelles sont les voies de transfert potentiellement affectées par la PHYTOstabilisation ?

PhytostabiliséNon phytostabilisé

Transferts « vers le bas » (lixiviation)

Transferts « latéraux » (eaux de ruissellement et érosion éolienne)

Transferts « vers le haut »(bioaccumulation via plantes et réseaux trophiques)

Efficience de la PHYTOstabilisation sur le comportement et les transferts des ETMs dans les écosytèmes terrestres

I - Les transferts vers “le bas” : influence de la PHYTOstabilisation sur la quantité et la qualité des eaux d’infiltration

1/ Quantité des eaux d’infiltration

Augmentation de l’évapotranspiration

Son importance dépend : - de l’importance du couvert végétal- des espèces- des saisons- de la période de la journée- du climat- …….

Mais n’a jamais été quantifiée sur site phytostabilisé

Limite les transferts d’eau vers la nappe, mais ne les empêche pas totalement

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I - Les transferts vers “le bas” : influence de la PHYTOstabilisation sur la quantité et la qualité des eaux d’infiltration

2/ Qualité des eaux d’infiltration

Modifications rhizosphériques de la spéciation des ETMs

Pool « mobile » Pool « immobile »

pH Redox

COD MO

Disponibilité « environnementale »

- Processus rarement évalués sur site- Difficiles à étudier- Résultats indiquent souvent une baisse de la mobilité (au – en phytostabilisation aidée) mais des contre-exemples existent

Nécessité de développer des modèles prédictifs intégrant l’évolution des anthroposols

contaminéset les transferts des ETMs en

zone non saturée

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II - Les transferts “latéraux” : influence de la PHYTOstabilisation sur les transferts particulaires

1/ Transferts par les eaux de ruissellementExemple du site de Salsigne : comparaison des concentrations en As particulaire dans les eaux de ruissellement collectées entre 2007 et 2010 sur 2 zones diversement végétalisées

2008 2010

ZE2 : très faible développement du couvert végétal (8% de recouvrement en 2010)

2008 2010

ZE3 : développement moyen du couvert végétal (30% de recouvrement en 2010)

Pas de diminution de l’entrainement

Diminution significative de l’entrainement

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II - Les transferts “latéraux” : influence de la PHYTOstabilisation sur les transferts particulaires

2/ Transferts par érosion éolienne

Recouvrement végétal (%)

Vitesse du vent (m/s) à 125 mm du sol

Masse de poussières (g) collectée en 20 mn

Flux d’As (mg/h)

10 4.9 6.1 13.2

80 2.4 0.5 0.9

Exemple du site de Salsigne : comparaison de l’envol de poussières et du flux d’As sur 2 zones diversement végétalisées

La présence d’un couvert végétal homogène réduit la vitesse du vent au sol d’un facteur 2 et l’envol de poussières et les flux d’As d’un facteur 12.

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III - Les transferts “verticaux” : influence de la PHYTOstabilisation sur les transferts vers les réseaux trophiques

Les ETMs d’un site phytostabilisé sont-ils biodisponibles et quel est leur impact sur les organismes vivants ?

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Les [As] mesurées dans les plantes sont d’autant plus faibles que le couvert végétal est important

Le développement du couvert végétal conduit à une baisse de la phytodisponibilité de l’As

1/ Transferts vers les plantes

Le développement du couvert végétal peut-il être relié à la diminution de la phytodisponibilité?

37% 60% 70%

p<0.01

Couv Vég.

[As] foliaire divisée par 3

Comparaison de placettes diversement végétalisées sur une même zone phytostabilisée (grenaille d’acier + ensemencement)Dosage des [As] foliaires chez 5 espèces différentes

As plantes (mg/kg)

As Sol (mg/kg)900 1400 3000

III - Les transferts “verticaux” : influence de la PHYTOstabilisation sur les transferts vers les réseaux trophiques

2/ Transferts vers les autres maillons des chaînes trophiques

Les teneurs en As mesurées chez les animaux piégés dans les zones remédiées ne sont pas signi-ficativement différentes de celles des zones non remédiées.

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A B

Exemple du site de Salsigne : Comparaison des teneurs hépatiques en As de micromammifères piégés en différentes zones du site

Conc

entr

ation

s en

As e

n µg

.g-1

(ppm

)

0.05

0.1

0.5

1

5

10

50

100

Témoin(n=98)

Sol propreremédiation

(n=12)

Concentrations en As dans les foies de Mulot (n=319)

90 ppm

AB

B

B

Immo-phytoremédiation

(n=42)

Sans remédiation

(n=167)

III - Les transferts “verticaux” : influence de la PHYTOstabilisation sur les transferts vers les réseaux trophiques

2/ Transferts vers les autres maillons des chaînes trophiques (suite)

Problématique très complexe

Car : - remédiation souvent conduite à l’échelle de parcelles et non de territoires- déplacements entre zones diversement contaminées- régimes alimentaires variables en fonction des saisons et souvent difficiles à connaitre précisément-…….

Très difficile d’identifier et de quantifier les sources et voies d’exposition

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Conclusion

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Effet globalement positifs sur- la diminution de la lixiviation des contaminants- la limitation de l’érosion mécanique et éolienne- la baisse des concentrations foliaires des communautés en place

Mais aussi sur la restauration des services écosystémiques des sols contaminés :- habitat pour la biodiversité- régulation de l’infiltration de l’eau- etc …

Merci ….

Le procédé de phytostabilisation diminue-t’il la phytodisponibilité ?

Exemple du site de Salsigne : Comparaison des teneurs foliaires en As de la végétation d’une zone non phytostabilisée et d’une zone phytostabilisée (ajout de Fer 0-valent et ensemencement). Dosages chez 5 espèces différentes, communes aux 2 zones

Parcelle amendée et ensemencée[As] sol = 3000 mg/kgCouv Veg = 90%

Témoin non amendé et non ensemencé[As] sol = 3000 mg/kgCouv Veg = 60%

p<0.01

Le procédé de phytostabilisation a effectivement réduit de façon très significative la phytodisponibilité de l’As, pour les espèces

étudiées

[As] foliaire divisée par 3