Dynamique des micro-polluants semi-volatils : transferts à l'interface sol-air

par Julie Besse-Deleaval (Besse)

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Bernard David.

Le président du jury était Jean-Luc Besombes.

Le jury était composé de Guillaume Brulfert.

Les rapporteurs étaient Joan Grimalt, Suzanne Allaire.


  • Résumé

    Les composés semi-volatils, organiques et inorganiques, sont présents dans tous les compartiments de l'environnement. Bien que la plupart soit d'origine anthropique, une partie peut être produite naturellement (certains HAP et métaux). Du fait de leur persistance et de leur faible dégradabilité, ces polluants sont transportés, dans l'atmosphère, à plus ou moins longue distance de leurs sources d'émission, se déposent dans différents médias (végétation, eau, sol), où ils sont stockés temporairement ou définitivement. Par l'intermédiaire de cycles géochimiques (succession de dépôts-émission), ils contaminent l'ensemble de l'environnement, y compris les milieux les plus reculés. Le travail réalisé a permis d'étudier la spéciation et le devenir des polluants à l'interface sol-air, en plaine et en zone de montagne. Une triple approche a été menée pour définir le rôle du sol dans le piégeage ou la volatilisation des polluants. La première partie du travail a consisté à déterminer, en microcosme, les principaux paramètres contrôlant les émissions des sols de montagne, dont la température, l'humidité de l'air, la teneur en matière organique et la fraction en eau du sol. À partir de ces mesures, une approche thermodynamique a permis de prédire le mécanisme de transfert des HAP en fonction des propriétés physicochimiques des composés ciblés et des sols. En parallèle, des essais de terrain ont permis : (i) de préciser la nature des polluants rencontrés dans l'air et les sols de chaque site ; (ii) de déterminer le mode de contamination ; (iii) d'estimer la variabilité saisonnière des échanges à l'interface sol-air. Un nouveau préleveur a été développé pour estimer les émissions des composés volatils des sols en phases particulaire et gazeuse. Des bilans matières ont été établis pour préciser le rôle du sol. Une dernière approche par modélisation finalise le travail. A partir des mesures réalisées sur le terrain et en laboratoire, deux modèles, SOIL et LEVEL, ont été utilisés permettant de : (i) de prédire la répartition d'un composé dans l'environnement ou dans les fractions du sol ; (ii) d'estimer les voies de perte et d'échanges entre le sol et l'atmosphère. Ces simulations ont finalement été comparées aux données expérimentales pour vérifier la validation.

  • Titre traduit

    Dynamic of semi-volatile compounds : transfer at air - soil interface


  • Résumé

    Organic and inorganic semi-volatile compounds, are found in the different compartments of the environment. While most of these pollutants are of anthropogenic origin, one part is produced naturally (some PAHs and metals). Because of their persistence and low degradability, these compounds are transported in the atmosphere, by a long range transport far from their emission sources. They deposit in various media (vegetation, water, soil), where they are stored temporarily or definititaly. Through geochemical cycles (succession of deposit-emission), they contaminate all the environment, including remote areas. The aim of this research is to study the speciation and the fate of pollutants at the soil-air interface, in sub-urban and mountain areas. A specific approach was carried out to define the role of soil in the trapping or remobilization of pollutants. The first part of the work is done in microcosm in order to identify key parameters that control the emissions of PAHs from mountain soils. Four parameters have been studied : temperature, humidity of air, organic matter content and soil moisture. From measurements, a thermodynamic approach predicted the mechanism involve in close relationship with the physicochemical properties of the compounds and soils. In parallel, field experiments : (i) clarified the nature of the pollutants found in the air and soil of each site, (ii) determined the mode of contamination ; (iii) estimated the seasonal variability of exchanges at the soil-air interface. Based on a litterature survey, a new sampler has been developed to estimate emissions from soils on particulate matter and in gaseous phases. Mass balances allowed to specify the role of the soil. A final modeling approach finalized the work. From experimental measurements got on site and in laboratory, two models available online, have been used : (i) to predict the distribution of a compound in the overall environment or specifically in the soil fractions, (ii) and to estimate the loss pathways and exchanges between soil and atmosphere. Data from simulations were compared with experimental results to valid both models towards soils studied.


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