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Relier la spéciation chimique et la biodisponibilité des éléments traces dans les sols contaminés Sébastien Sauvé Université de Montréal

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Présentation au sujet: "Relier la spéciation chimique et la biodisponibilité des éléments traces dans les sols contaminés Sébastien Sauvé Université de Montréal"— Transcription de la présentation:

1 Relier la spéciation chimique et la biodisponibilité des éléments traces dans les sols contaminés Sébastien Sauvé Université de Montréal

2 © Sauvé 2002 Objectifs Déterminer la spéciation chimique des ions divalents libres (Cu 2+, Pb 2+, Cd 2+ et Zn 2+ ) dans des solutions de sol Identifier les paramètres physicochimiques des sols qui contrôlent la solubilité et la spéciation des métaux Quantifier les contributions respectives du pH de la solution, du contenu total en métal et de la matière organique Proposer des modèles semi-empiriques de régressions pour estimer lactivité du métal libre Me 2+ dans les sols Relier la spéciation chimique prédite avec les seuils de toxicité

3 © Sauvé 2002 Spéciation et Fractionnement

4 © Sauvé 2002 Sols Ensembles de données déchantillons de sols « réels » Métaux proviennent de sources variées: fonderie et recyclage de batteries automobiles, applications à long terme dengrais phosphatés, déposition atmosphérique, application de boues dépuration, utilisation de pesticides, contaminations indutrielles diffuses et locales Montréal, Ithaca (NY), Québec, France, Denmark & Colorado Sols proches de l « équilibre », dans la majorité des cas, la contamination remonte à plus de 10 ans avant léchantillonage

5 © Sauvé 2002 Propriétés des sols Le pH des sols est mesuré dans un extrait au CaCl 2 ou KNO M (pH de 3.5 à 8.9) Matière organique du sol (8.0 to 108 g C kg -1 ) Matière organique dissoute (1.1 à 140 mg C L -1 ) Niveaux de métaux varient des teneurs de fond jusquaux contaminations indutrielles

6 © Sauvé 2002 Méthodes analytiques «Totaux» par digestion au HNO 3 Solutions de sols obtenues par extractions 1:2 sol:0.01 M KNO 3 or CaCl 2 extractions filtrées <0.22µm (ou <0.45µm) Métaux dissouts par GFAAS (Zeeman) Métaux labiles par électrochimie pour Cd, Pb et Zn redissolution anodique (differential pulse anodic stripping voltammetry-DPASV) Cd 2+ Pb 2+, Zn 2+ libres pas calculs de spéciation pour départager les métaux labiles parmi les espèces inorganiques Cu 2+ libre par potentiométrie (électrode à ion sélective)

7 © Sauvé 2002 Spéciation du Cd 2+ Pb 2+ et Zn 2+ Assume que lASV nest pas sensible aux métaux fortement liés à la matière organique dissoute Ex. le Cd labile par ASV est donc composé principalement despèces inorganiques:

8 © Sauvé 2002 Fractionnement Sauvé S The Role of Chemical Speciation in Bioavailability. In: Naidu R., Gupta V.V.S.R., Kookana R.S., Rogers S., Adriano D. (Eds.), Bioavailability, Toxicity and Risk Relationships in Ecosystems. (in press).

9 Équilibre de solubilité minérale Sauvé S «The Role of Chemical Speciation in Bioavailability » In: Naidu R., Gupta V.V.S.R., Kookana R.S., Rogers S., Adriano D. (Eds.), Bioavailability, Toxicity and Risk Relationships in Ecosystems. (in press).

10 © Sauvé 2002 Distribution du métal dans la solution du sol 20-60% lié à la matière organique dissoute 20-30% espèces inorganiques 10-40% libre

11 © Sauvé 2002Fractionnement Total Lié à la matière organique Métal libre Complexes Cl Complexes SO 4

12 Inhibition From: Sauvé et al Derivation of soil quality criteria using predicted chemical speciation of Pb 2+ and Cu 2+. Environ. Toxicol. Chem. 17:

13 © Sauvé 2002 Modèle dadsorption Assume sorption compétitive de H + et Me 2+ à une surface déprotonée (S):

14 © Sauvé 2002 Transforme en un coefficient de compétition: Modèle dadsorption

15 © Sauvé 2002 Sous forme logarithmique: où p signifie le log 10 négatif de lactivité molaire de Me 2+ (i.e. comme le pH, un pCu 2+ de 8 signifie une activité de M Cu 2+ libre) Modèle dadsorption

16 © Sauvé 2002 Assumant que MeSur<

17 © Sauvé 2002 Simplifié sans le paramètre de matière organique: Appliqué avec succès à la spéciation chimique de Solutions de sol pour Cd 2+, Cu 2+, Pb 2+ et Zn 2+. Modèle dadsorption

18 © Sauvé 2002 Cd 2+ libre Cd total pH Données de sols du terrain et des sols adulés sont similaires

19 © Sauvé 2002 Régressions pour le Cd 2+ libre Le sol adulé Combinaison des sols échantillonnés et adulés

20 © Sauvé 2002 Cu 2+ libre Relation étroite du pH de la solution et du contenu total du sol N=94

21 © Sauvé 2002 Pb 2+ libre Pb… N=84

22 © Sauvé 2002 Zn 2+ libre Données préliminaires de spéciation du zinc libre N=30 (Tambasco et al., Sauvé non- publiées et Knight et al. 1999)

23 © Sauvé 2002 Régressions prédictives pour les métaux libres en solution Pb 2+ Cu 2+ Zn 2+ Devrait être possible de dériver des régressions similaires pour dautres métaux divalent cationiques ou même des anions.

24 © Sauvé 2002 Modèle des ions libres Ma H, Kim S, Cha D, Allen H (1999) Effect of kinetics of complexation by humic acid on toxicity of copper to Ceriodaphnia dubia. Environ Toxicol Chem 18:

25 Inhibition From: Sauvé et al Derivation of soil quality criteria using predicted chemical speciation of Pb 2+ and Cu 2+. Environ. Toxicol. Chem. 17:

26 © Sauvé 2002 Modèle des bio-essais où les mesures biologiques représentent des mesures de rendement, de croissance etc, tel que rapporté dans la littérature et le paramètre correspond soit au contenu total en Pb ou Cu ou soit à lactivité prédite dions libres Cu 2+ ou Pb 2+, a et b sont calculés par regressions statistiques

27 Inhibition From: Sauvé et al Derivation of soil quality criteria using predicted chemical speciation of Pb 2+ and Cu 2+. Environ. Toxicol. Chem. 17:

28 Inhibition

29 © Sauvé 2002 Inhibition From: Sauvé et al Derivation of soil quality criteria using predicted chemical speciation of Pb 2+ and Cu 2+. Environ. Toxicol. Chem. 17:

30 © Sauvé 2002 Critères de qualité des sols From: Sauvé et al Derivation of soil quality criteria using predicted chemical speciation of Pb 2+ and Cu 2+. Environ. Toxicol. Chem. 17:

31 © Sauvé 2002 Conclusions La spéciation chimique du métal divalent libre dans une solution de sol peut être raisonnablement prédite avec des paramètres simples (pH de la solution et métal total) Lanalyse de risque et les critères de qualité des sols devraient incorporer limpact relatif des propriétés du sol tels le pH

32 © Sauvé 2002 Phytodisponibilité

33 Respiration du sol Dumestre A, Sauvé S, McBride M, Baveye P, Berthelin J Copper speciation and microbial activity in long-term contaminated soils. Archives of Environmental Contamination and Toxicology:36:

34 © Sauvé 2002 Vers de terre Kennette D, Sauvé S, Hendershot W, Tomlin A Uptake of trace metals by the earthworm Lumbricus terrestris L. in urban contaminated soils. Applied Soil Ecology (sous presse).


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