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Biodisponibilit é et biod é gradation des HAP dans la rhizosph è re Corinne LEYVAL Laboratoire des Interactions Microorganismes -Minéraux-Matière Organique.

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1 Biodisponibilit é et biod é gradation des HAP dans la rhizosph è re Corinne LEYVAL Laboratoire des Interactions Microorganismes -Minéraux-Matière Organique dans les Sols

2 -Milliers dhectares de friches (plus de ha en Lorraine) -Multipollution organique (HAP) et métallique (ETM) -Les techniques de traitement (désorption thermique) réduisent mais néliminent pas complètement pas la pollution (ETM) -La présence de plante (rhizosphère) augmente la dissipation des HAP dans la rhizosphère, mais peu détudes in situ -Nécessité de prendre en compte lensemble des polluants présents, leur toxicité et leur biodisponibilité Contexte

3 Objectifs -Quantifier in situ le devenir des HAP dans la rhizosphère, en interaction avec les autres polluants (organiques et métalliques) et les conséquences de leur présence dans les systèmes sol-plante -Approche multidisciplinaire: -caractérisation exhaustive des polluants -flux et transferts de polluants -biodisponibilité, toxicité -fonctions microbiennes (gènes de dégradation des HAP) -modélisation

4 LIMOS (UHP/CNRS, Nancy) : diversité bactérienne, plante-mycorhize Thierry Beguiristain, Aurélie Cébron, Marie-Paule Norini, Corinne Leyval G2R (UHP/CNRS, Nancy) : caractérisation des fractions organiques Coralie Biache, Pierre Faure LIEBE (univ. Metz/CNRS) : écotoxicité, colonisation végétale spontanée Jean-François Masfaraud, Paule Vasseur LSE (INPL/INRA, Nancy) : fonctionnement agronomique, biodisponibilité, plante hyperaccumulatrice Stéphanie Ouvrard LSGC (INPL/CNRS): modélisation Marie-Odile Simonnot GISFI: Noele Raoult Partenaires

5 Le site expérimental Ancienne cokerie de Homécourt

6 Dispositif de Parcelles Lysimétriques

7 Terre Nue Végétation spontanée Thlaspi caerulescens Medicago sativa Medicago sativa mycorhizée Medicago sativa TN VS Tc Ms m TD Sol NM brut contamination ancienne en HAP Sol NM TD ayant subi un traitement de thermo-désorption (500°C) Dispositif de 24 parcelles lysimétriques

8 Plantes et terre (2/an) croissance teneurs en métaux HAP, hydrocarbures aliphatiques, aromatiques, composées polaires diversité microbienne (16S, gène de dégradation) écotoxicité colonisation végétale spontanée Solutions (épisodes pluvieux) pH, Eh, O 2 dissout, conductivité, mat. en suspension HAP et autres composés organiques métaux écotoxicité Deux prélèvements/an: T 0 :Sept 2005 T 1 Mai 2006 T 2 : Sept 2006 T 3 : Mai 2007 T 4 :Sept 2007 Prélèvements et analyses

9 Granulométrie (%)SGSFLGLFA Terre NM57,18,37,514,812,3 Terre NM traitée (TD)56,014,19,89,710,4 pHN (g/kg) C (g/kg) CaCO 3 (g/kg) Ca éch. (cmol/kg) Mg éch. (cmol/kg) K éch. (cmol/kg) NM7,032,76219,22098,31,1 TD8,010,965851,21322,11,2 16 HAP (mg/kg) Ni (mg/kg) Zn (mg/kg) Cd (mg/kg) Pb (mg/kg) Cr (mg/kg) Cu (mg/kg) As (mg/kg) NM , TD , Caractérisation des terres étudiées

10 Bilan des volumes percolés

11 Modèle hydrique de la parcelle pluie évapotranspiration transport de leau convection-diffusion transfert deau vers les racines Calcul avec HYDRUS 1D Exemple : sol nu rétention deau

12 Thlaspi Luzerne Végétation spontanée Luzerne mycorhizée Thermo- désorption Terre nue µg.g -1 de sol sec T0 - Septembre 2005 T1 - Mai 2006 T2 - Septembre 2006 T3 - Mai 2007 Analyse des 16 HAP dans les terres au cours du temps

13 Thlaspi 0% 20% 40% 60% 80% 100% T0T1T2T3 Luzerne T0T1T2T3 Végétation spontanée T0T1T2T3 Luzerne mycorhizéeTerre nueThermodésorption 0% 20% 40% 60% 80% 100% T0T1T2T3 T0T1T2T3T0T1T2T3 As S Ar R As S Ar R As: asphaltènes,S: hydrocarbures saturés, Ar: hydr.aromatiques, R: résines Evolution des différentes familles de composés organiques (%)

14 Nombre de copies de gène/ g de sol sec Terre NueVégétation spontanéeMedicago sativa t0t1t2t3t0t1t2t3t0t1t2t3t0t1t2t3 Sol NM brut Sol NM TD Quantification par PCR en temps réel du nombre de copies de gènes 16S (bactéries totales) et HAP-dioxygénase (bactéries capables de dégrader les HAP) Evolution de la communauté bactérienne totale et des bactéries dégradant les HAP

15 % du nombre de copies de gènes de HAP-dioxygénase par rapport au nombre de copies de gène dADNr 16S Terre Nue Végétation spontanée Medicago sativa t0t1t2t3 Sol NM brutSol NM TD 1.5% 1% 0.5% 0% 1.5% 1% 0.5% 0% HAP-dioxygénase Gram - HAP-dioxygénase Gram + t0t1t2t3t0t1t2t3t0t1t2t3 t0t1t2t3t0t1t2t3t0t1t2t3t0t1t2t3 Pourcentage de bactéries capables de dégrader les HAP par rapport à la communauté bactérienne totale

16 Sur les sols: -sur végétaux (avoine et choux): faible toxicité (plus importante du sol traité par désorption thermique) - sur vers de terre aucune mortalité des vers mais reproduction faiblement diminuée (46%) avec le sol NM, et un peu moins pour DT (33%). -sur la reproduction des collemboles pas de toxicité avec les deux sols initiaux, mais tendance à une reproduction plus faible avec les modalités plantées (MS et MSm) Sur les percolats: -pas de toxicité aigüe sur Microtox et sur les daphnies depuis avril 2006, -pas de génotoxicité sur Vicia faba (avril et mai 2006) -un effet mutagène avec certains percolats (test dAmes), mais pas avec le test Umu sur S.thyphimurium (ISO), moins sensible -mais toxicité élevée sur les algues pour lensemble des échantillons des parcelles NM pour tous les prélèvements, et qui tend à augmenter au cours du temps -toxicité élevée sur la reproduction des Cériodaphnies. Ecotoxicité

17 Le suivi sur deux ans des parcelles montre: -teneurs en polluants stables ; -peu de transfert de HAP vers les eaux ou les organismes, -peu de différentiation entre les modalités. -hétérogénéité dans les résultats in situ Cependant: -toxicité des terres et des percolats vis à vis des organismes (Thlaspi, colonisation mycorhizienne, reproduction des daphnies, division alguale) -présence de bactéries dégradantes (quantification de gènes) et stimulation de ces bactéries dans les parcelles plantées -biodégradation dans ces terres limitée par la biodisponibilité des polluants Conclusions

18 Perspectives Nécessité de suivre à plus long terme ce type dexpérimentation: -suivre lévolution des polluants et de leur toxicité, et -laugmentation des bactéries dégradantes dans la rhizosphère pouvant à terme favoriser la dégradation des HAP -le lessivage pourrait conduire à une acidification progressive des terres, à une remobilisation à long terme des ETM Devenir des polluants et conséquences sur les systèmes sol/eau/plante Gestion des multipollutions Faisabilité de technologies de remédiation biologiques Restauration des fonctionnalités des sols contaminés et traités

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21 n-Alcanes (m/z = 57) 2 ANS T INITIAL Terre Nue Luzerne APPARITION DE LA SIGNATURE DES VEGETAUX SUPERIEURS DANS LES PARCELLES PLANTEES Signature végétaux supérieurs n-alcanes au nombre de carbone impair n-Alcanes dorigine anthropique Signatures moléculaires

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25 Biomasse Thlaspi Zn - Thlaspi Cd - Thlaspi

26 Biomasse luzerne


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