Audrey PERNOT Laboratoire Sols et Environnement Géologie et Gestion des Ressources

Audrey PERNOTLaboratoire Sols et EnvironnementGéologie et Gestion des Ressources

Stéphanie OUVRARD (LSE), Pierre LEGLIZE (LSE) et Pierre FAURE (G2R)

Séminaire RP2E19 janvier 2012

Evolution des matières organiques d’origine fossile

dans les sols fortement contaminés et conséquences sur la disponibilité des HAP

Contexte

oGestion et valorisation des friches industrielles après l’arrêt des activités liées au charbon et à son exploitation

oNombreux sites et sols pollués en France (BASOL 2010 : 4300 sites dont 18% pollués par des HAP)

oComposés présents dans tous les compartiments de l’environnement, 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

oPhytoremédiation : technique à moindre coût et moindre perturbation environnementale

Contexte

19/01/2012 2

oTechnique 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

Contexte

oDisponibilité : propriété gouvernant la mobilité et le passage en phase aqueuse

Sources Minéraux

MOContaminants

organiques

Phases

fluides du sol

Organismes

Vivants Racines

Microorganismes

Mobilisation Transport

DISPONIBILITE


Contexte : nature et propriétés des polluants

oHAP : Hydrocarbure Aromatique Polycyclique

oPolluants persistants (POP)

oComposé comportant au moins deux noyaux benzéniques fusionnés entre eux (Menzie et al, 1992)

oPropriétés dépendantes du nombre de cycles :Hydrophobie

-

+

Solubilité Volatilité

- -

+ +

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ObjectifsoDans le cadre de la réhabilitation des sols de

friches industrielles par phytoremédiation

oObjectif : identification des facteurs limitant son efficacité dans le traitement des pollutions organiques de type HAP






Démarche généraleoDescription de la structure du solIdentification des différents types de MO dans les fractions granulodensimétriques et leur contribution à la structure du sol

oExpérimentationApport de MO fraîche dans le sol et détermination de son effet sur la structure du sol, la répartition et la concentration des HAP

disponibilité

oStructure : association des particules du sol déterminant la répartition dans l’espace de la matière solide et des pores. Elle est obtenue par fractionnement granulodensimétrique à l’eau.

oTexture : part respective de chaque constituant trié selon leur taille. Elle permet d’estimer la proportion des sables, limons et argiles par fractionnement granulométrique après destruction de la MO et des carbonates afin d’individualiser les particules GraviersArgiles Limons

finsLimons grossie

rs

Sables grossie

rs

Sables fins

(µm)2 20 50 200 2000

Définitions





Démarche généraleoDescription de la structure du solIdentification des différents types de MO dans les fractions granulodensimétriques et leur contribution à la structure du sol

oExpérimentationApport de MO fraîche dans le sol et détermination de son effet sur la structure du sol, la répartition et la concentration des HAP

disponibilité

Méthodes : Pré traitement

oSol de l’ancienne cokerie de Neuves Maisons

oConditionnement du sol : tamisé à 2 mm et lyophilisé

oComparaison 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 d’être mobilisée par l’eau météorique ou de nappe


pH C org (%)

Sables (%)

Limons (%)

Argiles (%)

7,67

8,3 68,23 21,14 10,62

Méthodes : Fractionnement granulodensimétrique et analyses chimiques

oFractionnement granulodensimétrique : répartition des agrégats et/ou particules stables à l’eau

oCaractérisation chimique des fractions granulodensimétriques et de l’échantillon global• Extraction au dichlorométhane avec l’ASE• 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 extraits19/01/2012 Séminaire RP2E 8

Résultats : Fractionnement granulodensimétrique



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Augmentation proportion des SG et diminution des fines après extraction au DCM

Hypothèse : augmentation des SG due à l’élimination des particules fines (goudron)



Diminution proportion des SG, SF et LG et augmentation des LF après extraction au n-hexane

Hypothèse : désagrégation des grossières pour former LF



Pas d’effet significatif après traitement à l’eau chaude

Résultats : Taux d’extrait organique normalisé




oTémoin : 2 porteurs de MO




oForce d’extraction souhaitée au début de l’expérience




oForce d’extraction souhaitée au début de l’expérience

oMalgré l’extraction de MO, on a toujours les 2 mêmes porteurs de MO

Résultats : GC-MS Somme des 16 HAP

1119/01/2012 Séminaire RP2E


11

Fraction la plus concentrée en HAP : Limons fins



11

Fraction la plus concentrée en HAP : Limons finsConcentration pour Eau Chaude similaire au témoin



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Fraction la plus concentrée en HAP : Limons finsConcentration pour Eau Chaude similaire au témoinConcentration inférieure d’un facteur 4 pour la modalité Hexane par rapport au témoin19/01/2012 Séminaire RP2E


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Fraction la plus concentrée en HAP : Limons finsConcentration pour Eau Chaude similaire au témoinConcentration inférieure d’un facteur 4 pour la modalité Hexane par rapport au témoinConcentration inférieure à la limite de quantification pour DCM

Résultats : GC-MS Distribution des HAP (échantillon global)



Témoin et Eau Chaude : distribution centrée sur les 3-4 cycles



Témoin et Eau Chaude : distribution centrée sur les 3-4 cyclesHexane : prédominance des 5-6 cycles


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

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)

ConclusionSol de Neuves- Maisons

oSG et LF : Porteurs de MO• SG : Abondant• LF : Concentré en MO

oGC-MS : LF principal puits de HAP Prédominance des HAP 3-4 cycles

oPhe/Ant : différence de type de MOSignature Goudron / Charbon

oExtractions 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

14Séminaire RP2E19/01/2012

PerspectivesPoursuite de la caractérisationoAnalyse IRTF des extraits organiquesoMesure du TOC sur les différentes fractionsoPétrographie organique (charbon – coke –

goudron)oPoursuivre les caractérisations moléculairesoObservations : loupe biloculaire et MEB des

fractions et des échantillons globaux

oLiaison disponibilité, nature de la MO et classe granulométriques (Tenax)

ExpérimentationoApport 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

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