Marie Tella, Postdoctorante UR Recyclage et risque Spéciation des ETM dans divers PRO et dynamique après leurs amendements Dakar, Décembre 2010 ISARD Séminaire mi parcours Marie Tella, Postdoctorante UR Recyclage et risque

Comportement des ETM lors d’interactions Sol/PRO 1. Inventaire 2. Spéciation 3. Dynamique Stage S. Chataing (2009) Teneurs totales PRO brut Répartition granulométrique Méthodes spectroscopiques Extractions chimiques Stage - N. Bossa (2010) - A. Fernandez (2010) Incubations en conditions contrôlées Mesures par DGT (Diffusive Gradients in Thin films) Modélisations physico-chimiques Caractérisation des ETM au sein des PRO Comportement des ETM lors d’interactions Sol/PRO

Objectif de la présentation Décrire la démarche scientifique en cours 1. Inventaire 2. Spéciation 3. Dynamique Stage S. Chataing (2009) Teneurs totales PRO brut Répartition granulométrique Méthodes spectroscopiques Extractions chimiques Stage - N. Bossa (2010) - A. Fernandez (2010) Incubations en conditions contrôlées Mesures par DGT (Diffusive Gradients in Thin films) Modélisations physico-chimiques Objectif de la présentation Décrire la démarche scientifique en cours

Introduction 1 des Bénéfices = apports organiques Intensification agricole par le recyclage des PRO 1 des Bénéfices = apports organiques Etudes dès 19ème siècle par Thaer (citées dans Feller et al., 2003) 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)

Introduction Apports organiques : démarche TAO Modèle Entrées Sorties [C] et [N] dans sol et PRO Composition biochimique Extraction Van Soest Dynamique de minéralisation Incubations en conditions contrôlées Calage des Paramètres D’entrées Composition biochimique = décrite par la méthode d’extraction adaptée de Van Soest ou SPIR Ces compositions sont des variables d’entrée de différents modèles dont TAO (transformation des Apports Organiques) = couplage d'un modèle azote au modèle carbone, permet de simuler avec succès les cinétiques de minéralisation de l'azote des apports étudiés (Pansu & Thuriès, 2003 ; Pansu et al., 2003) Callage des paramètres d’entrée à l’aide d’incubations controlées. Thuriès et al., 2002; Pansu et Thuriès 2003

1 des Risques = Contaminants métalliques Introduction Intensification agricole par le recyclage des PRO 1 des Risques = Contaminants métalliques Atkinson et al., 1953 = première étude des ETM dans les fumiers Prise de conscience tardive Un des risques que peut engendrer le recyclage agricole des PRO est la pollution due à la présence de contaminants métalliques Objectif = recherche d’outils pour évaluer le risque engendré par la présence de contaminants métalliques Sont-ils disponibles ?

Objectifs Contaminants métalliques : démarche de modélisation Modèle Entrées Sorties Dynamique des ETM au cours de la minéralisation Calage des Paramètres D’entrées

pour mesurer les métaux Méthodes Amendement et "dynamique"  des ETM Particules de sol Particules de PRO contaminé en ETM  ETM-L ETM ETM ETM   ETM ETM T0 = ETM sur phase solide du PRO = mélange physique des produits T1 = équilibre entre solution de sol et phase solide = e.g. phénomènes de désorption des phase solides du PRO si interaction MO-ETM : libération dans la solution du sol des ETM - restent dans la solution du sol = disponibles ou complexés (ligand dissout (Cl- ou COD) -réadsorption sur le phases solides adjacentes, e.g. = phases solides du sol Technique DGT pour mesurer les métaux labiles en solution Equilibrage continuel solide / solution

Méthodes Sol + PRO Quantité d’ETM " dynamique" Temps Minéralisation du carbone Sol + PRO Doelsch et al., 2010 Flux de métaux Temps Quantité d’ETM " dynamique" Expliquer très simplement DGT (résine qui accumule …) Objectifs de résultats = graphes avec la même échelle de temps = combinaison des 2 pour relier le dynamique des ETM et la minéralisation. Insertion d’unités DGT dans les microcosmes des incubations contrôlées

Méthodes Contaminants métalliques : démarche de modélisation Modèle Modèle d’évolution de la spéciation au cours du temps Adaptation outils existants Entrées Sorties Dynamique des ETM au cours de la minéralisation Spéciation des ETM Spéciation MO Calage des Paramètres D’entrées Incubations en conditions contrôlées Mesures par technique DGT

Méthodes MO Spéciation ETM Objectif = Identification phases porteuses (inorganique ou organique ) Outils : Extraction chimiques µfluorescence X Spectroscopie d’absorption X MO Objectif = compréhension de sa réactivité avec ETM Outils : Extractions chimiques Mesure UV Mesure IR et RMN Spéciation quantitative des métaux pour permettre d’identifier le caractère inorganique ou organique des phases porteuses des ETM. Pour cela une palette d’outils qui ont été mis en œuvre étant donnée la suspicion que la MO soit porteuse d’ETM En parallèle, des ETM, étude de la spéciation de la MO afin de comprendre sa réactivité avec les ETM. Pour cela, extraction de cette dernière puis caractérisation par différentes méthodes.

(attente résultats Zn) Conclusions spéciation [Zn] tot = 3200 mg kg-1 Zn biodisponible <1% de Zn total Conclusions spéciation [Zn] tot = 3200 mg kg-1 Conclusions spéciation [Zn] tot = 3200 mg kg-1 Zn biodisponible <1% de Zn total Associé à des phases orga et inorganiques C organique non labile Conclusions spéciation [Zn] tot = 3200 mg kg-1 Zn biodisponible <1% de Zn total Associé à des phases orga et inorganiques Mould from MSWC, Antananarivo, Madagascar Biodisponibilité XAS Matière Organique (attente résultats Zn)

Résultats Conclusions spéciation [Zn] tot = 3200 mg kg-1 Zn biodisponible <1% de Zn total Associé à des phases orga et inorganiques C organique non labile Mould from MSWC, Antananarivo, Madagascar Conclusions ICC-DGT Zn dynamique  15% Zn total

Résultats sur PRO sélectionnés - Planning 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 Résultats 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

Conclusions spéciation des ETM au sein des PRO + Court terme : données fournies par PRO sélectionnés Long terme : modélisation prédictive de la dynamique des ETM spéciation des ETM au sein des PRO +

Marie Tella, Postdoctorante UR Recyclage et risque Caractérisation des éléments traces métalliques au sein de produits résiduaires organiques Dakar, Décembre 2010 ISARD Séminaire mi parcours Marie Tella, Postdoctorante UR Recyclage et risque

Principe de la technique DGT Loi de Fick Elution de la résine flux cumulé M = masse accumulée F(t) = f(Ci) [ETM labile] = f(temps) dans la solution de sol Mesure des ETM disponibles au cours du temps Ernstberger et al., 2002

Fraction biodisponible Spéciation des ETM Extractions chimiques : Extraction séquentielle (A. Fernandez) : interactions ETM-MO CaNO3 NaOH ou Pyrophosphate de sodium (Na4P2O7) Extraction simple (N Bossa) = NH4NO3 Attente résultats analytiques Fraction échangeable Fraction liée à la MO Fraction biodisponible  Simples à mettre en œuvre  Extractants pas toujours sélectifs et risque de perturbation des conditions physico-chimiques

Spéciation des ETM Méthodes in-situ µ-fluorescence X Données acquises Traitements statistiques (en cours) Spectroscopie d’absorption X Associations ETM/ Eléments majeurs  Matériel de laboratoire facilement disponible  Qualitatif et pas de mesures pour les légers (e.g., C …) Géométrie de coordination + degré redox + association phase majeures  Quantitatif pour les phases inorganiques et organiques  Source synchrotron très demandée = accès très limité …

Caractérisation de la MO IR sur le PRO brut : empreinte trop importante de la fraction inorganiques dans la majorité des cas Compost d’ordure ménagère, Mahajanga, Madagascar CO3 SiO2 NH ?? NH ou OH OH CH Forte empreinte inorganique

Caractérisation de la MO Extractions alcalines des fraction humiques et fulviques (Stage A. Fernandez) Mesures UV Après lyophilisation IR RMN Caractérisation fonctionnelle En cours …