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Audrey PERNOT Laboratoire Sols et Environnement Géologie et Gestion des Ressources Stéphanie OUVRARD (LSE), Pierre LEGLIZE (LSE) et Pierre FAURE (G2R)

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Présentation au sujet: "Audrey PERNOT Laboratoire Sols et Environnement Géologie et Gestion des Ressources Stéphanie OUVRARD (LSE), Pierre LEGLIZE (LSE) et Pierre FAURE (G2R)"— Transcription de la présentation:

1 Audrey PERNOT Laboratoire Sols et Environnement Géologie et Gestion des Ressources Stéphanie OUVRARD (LSE), Pierre LEGLIZE (LSE) et Pierre FAURE (G2R) Séminaire RP2E 19 janvier 2012 Evolution des matières organiques dorigine fossile dans les sols fortement contaminés et conséquences sur la disponibilité des HAP

2 Contexte o Gestion et valorisation des friches industrielles après larrêt des activités liées au charbon et à son exploitation o Nombreux sites et sols pollués en France (BASOL 2010 : 4300 sites dont 18% pollués par des HAP) o Composés présents dans tous les compartiments de lenvironnement, 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

3 o Phytoremédiation : technique à moindre coût et moindre perturbation environnementale Contexte 19/01/ o Technique 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

4 Contexte o Disponibilité : propriété gouvernant la mobilité et le passage en phase aqueuse Sources Minéraux MO Contaminants organiques Phases fluides du sol Organismes Vivants Racines Microorganismes Mobilisation Transport DISPONIBILITE 19/01/2012 Séminaire RP2E 3

5 Contexte : nature et propriétés des polluants o HAP : Hydrocarbure Aromatique Polycyclique o Polluants persistants (POP) o Composé comportant au moins deux noyaux benzéniques fusionnés entre eux (Menzie et al, 1992) o Propriétés dépendantes du nombre de cycles : Hydrophobie - + Solubilité Volatilité

6 Contexte : Devenir des polluants Source ponctuelle Diffusion Volatilisation Percolation Ruissellement Biodégradation Dégradation chimique Photodégradation Solution du sol Agrégat de sol polluant Adsorption / Désorption 19/01/2012 Séminaire RP2E 5

7 Objectifs o Dans le cadre de la réhabilitation des sols de friches industrielles par phytoremédiation o Objectif : identification des facteurs limitant son efficacité dans le traitement des pollutions organiques de type HAP 19/01/2012 Séminaire RP2E 6

8 Objectifs o Dans le cadre de la réhabilitation des sols de friches industrielles par phytoremédiation o Objectif : identification des facteurs limitant son efficacité dans le traitement des pollutions organiques de type HAP 19/01/2012 Séminaire RP2E 6 Démarche générale o Description de la structure du sol Identification des différents types de MO dans les fractions granulodensimétriques et leur contribution à la structure du sol o Expérimentation Apport de MO fraîche dans le sol et détermination de son effet sur la structure du sol, la répartition et la concentration des HAP disponibilité

9 o Structure : association des particules du sol déterminant la répartition dans lespace de la matière solide et des pores. Elle est obtenue par fractionnement granulodensimétrique à leau. o Texture : part respective de chaque constituant trié selon leur taille. Elle permet destimer la proportion des sables, limons et argiles par fractionnement granulométrique après destruction de la MO et des carbonates afin dindividualiser les particules GraviersArgiles Limons fins Limons grossiers Sables grossiers Sables fins (µm) Définitions

10 Objectifs o Dans le cadre de la réhabilitation des sols de friches industrielles par phytoremédiation o Objectif : identification des facteurs limitant son efficacité dans le traitement des pollutions organiques de type HAP 19/01/2012 Séminaire RP2E 6 Démarche générale o Description de la structure du sol Identification des différents types de MO dans les fractions granulodensimétriques et leur contribution à la structure du sol o Expérimentation Apport de MO fraîche dans le sol et détermination de son effet sur la structure du sol, la répartition et la concentration des HAP disponibilité

11 Méthodes : Pré traitement o Sol de lancienne cokerie de Neuves Maisons o Conditionnement du sol : tamisé à 2 mm et lyophilisé o Comparaison 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 dêtre mobilisée par leau météorique ou de nappe 19/01/2012 Séminaire RP2E 7 pHC org (%)Sables (%)Limons (%)Argiles (%) 7,678,368,2321,1410,62

12 Méthodes : Fractionnement granulodensimétrique et analyses chimiques o Fractionnement granulodensimétrique : répartition des agrégats et/ou particules stables à leau o Caractérisation chimique des fractions granulodensimétriques et de léchantillon global Extraction au dichlorométhane avec lASE 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 extraits 19/01/2012 Séminaire RP2E 8

13 Résultats : Fractionnement granulodensimétrique 19/01/2012 Séminaire RP2E 9

14 Résultats : Fractionnement granulodensimétrique 9 Augmentation proportion des SG et diminution des fines après extraction au DCM Hypothèse : augmentation des SG due à lélimination des particules fines (goudron)

15 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

16 Résultats : Fractionnement granulodensimétrique 19/01/2012 Séminaire RP2E 9 Pas deffet significatif après traitement à leau chaude

17 Résultats : Taux dextrait organique normalisé 19/01/2012 Séminaire RP2E 10

18 Résultats : Taux dextrait organique normalisé 19/01/2012 Séminaire RP2E 10 o Témoin : 2 porteurs de MO

19 Résultats : Taux dextrait organique normalisé 19/01/2012 Séminaire RP2E 10 o Témoin : 2 porteurs de MO o Force dextraction souhaitée au début de lexpérience

20 Résultats : Taux dextrait organique normalisé 19/01/2012 Séminaire RP2E 10 o Témoin : 2 porteurs de MO o Force dextraction souhaitée au début de lexpérience o Malgré lextraction de MO, on a toujours les 2 mêmes porteurs de MO

21 Résultats : GC-MS Somme des 16 HAP 11 19/01/2012 Séminaire RP2E

22 Résultats : GC-MS Somme des 16 HAP 11 Fraction la plus concentrée en HAP : Limons fins 19/01/2012 Séminaire RP2E

23 Résultats : GC-MS Somme des 16 HAP 11 Fraction la plus concentrée en HAP : Limons fins Concentration pour Eau Chaude similaire au témoin 19/01/2012 Séminaire RP2E

24 Résultats : GC-MS Somme des 16 HAP 11 Fraction la plus concentrée en HAP : Limons fins Concentration pour Eau Chaude similaire au témoin Concentration inférieure dun facteur 4 pour la modalité Hexane par rapport au témoin 19/01/2012 Séminaire RP2E

25 Résultats : GC-MS Somme des 16 HAP 11 Fraction la plus concentrée en HAP : Limons fins Concentration pour Eau Chaude similaire au témoin Concentration inférieure dun facteur 4 pour la modalité Hexane par rapport au témoin Concentration inférieure à la limite de quantification pour DCM

26 Résultats : GC-MS Distribution des HAP ( échantillon global) 19/01/2012 Séminaire RP2E 12

27 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)

28 19/01/2012 Séminaire RP2E 12 Témoin et Eau Chaude : distribution centrée sur les 3-4 cycles Hexane : prédominance des 5-6 cycles Résultats : GC-MS Distribution des HAP ( échantillon global)

29 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

30 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)

31 Conclusion Sol de Neuves- Maisons o SG et LF : Porteurs de MO SG : Abondant LF : Concentré en MO o GC-MS : LF principal puits de HAP Prédominance des HAP 3-4 cycles o Phe/Ant : différence de type de MO Signature Goudron / Charbon o Extractions 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 14 Séminaire RP2E 19/01/2012

32 Perspectives Poursuite de la caractérisation o Analyse IRTF des extraits organiques o Mesure du TOC sur les différentes fractions o Pétrographie organique (charbon – coke – goudron) o Poursuivre les caractérisations moléculaires o Observations : loupe biloculaire et MEB des fractions et des échantillons globaux o Liaison disponibilité, nature de la MO et classe granulométriques (Tenax) Expérimentation o Apport 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


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