Cycle biogéochimique de l'iode en écosystèmes forestiers

Biogeochemical cycle of iodine in forest ecosystems

• Auteur / Autrice : Marine Roulier
• Direction : Florence Pannier, Isabelle Le Hécho
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Analytique et environnement
• Date : Soutenance le 20/12/2018
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) (Fontenay-aux-Roses ; 2002-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Viers, Hervé Gallard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Viers, Hervé Gallard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Forêts

Sols -- Teneur en iode

Mots clés libres

Iode

Forêt

Cycle biogéochimique

Dépôt atmosphérique

Spéciation

Matière organique

Iodine

Forest

Biogeochemical cycling

Atmospheric deposition

Speciation

Organic Matter

Résumé

En raison de leur accumulation possible dans la glande thyroïde, les radio-isotopes de l'iode, 131I (t1/2 = 8,07 jours) et 129I (t1/2 = 15,7 106 ans), sont préoccupants pour la santé humaine. En raison de sa longue demi-vie, 129I est également d’une importance radio-écologique majeure du fait de son intégration potentielle au cycle biogéochimique naturel de son isotope stable (127I). Les forêts dont la surface couvre près du tiers du territoire en France et en Europe, se caractérisent par leur longévité, un haut niveau de recyclage de la biomasse et une forte influence sur les cycles hydrologiques et des nutriments. La végétation forestière peut intercepter puis recycler et accumuler les polluants et radionucléides émis dans l’environnement. Dans ce contexte, des axes de recherche ont été développés dans cette thèse afin de décrire qualitativement et quantitativement le cycle de l’iode et améliorer les prédictions à long-terme du comportement de 129I dans les écosystèmes forestiers.Les pluies constituent une source majeure d’iode pour les sols et la végétation forestière, les quantités apportées dépendant de la distance côtière et de la pluviométrie. La végétation modifie les quantités et la spéciation de l’iode apporté par les pluies. L'humus représente un compartiment d'accumulation provisoire d'iode associé à la matière organique. Ce compartiment constitue également une zone de réémission possible de l’iode par lessivage lors d’évènements pluvieux et/ou par volatilisation. Cette thèse a montré que les teneurs d'iode dans les sols forestiers dépendaient à la fois des apports atmosphériques et des chutes de biomasse, mais également de la capacité du sol à fixer l'iode. Ainsi, les conditions environnementales conduisant à une accumulation de matière organique et la présence d’(hydr)oxydes métalliques dans les sols favorisent la rétention de l’iode. A l’échelle de la placette forestière, le sol constitue le principal réservoir en iode (~99,9%). Du fait de la proportion d'iode au sein des arbres (< 0,03% du stock total en iode), les quantités d’iode recyclées par la végétation sont faibles, l’iode n’étant pas un oligo-élément pour les végétaux. Ainsi ces travaux de thèse ont permis de combler le manque de données relatives d’une part à la répartition de l’iode au sein des écosystèmes forestiers et d’autre part, aux processus de réémissions (lessivage et volatilisation) liés à la dégradation de la matière organique. Les données générées par cette thèse permettent de mieux appréhender la modélisation du cycle de l’iode dans cet écosystème forestier.

As radioisotopes of iodine may concentrate in thyroid gland, 131I (t1/2 = 8.07 days) and 129I (t1/2 = 15.7 106 years) are of health concern. 129I is of major radioecological importance because it can potentially integrate natural biogeochemical cycle of its stable isotope (127I) due to its long half-life. Forests, characterized by their longevity, a high biomass turnover and a strong influence on hydrological and nutrients cycles, can intercept, recycle and accumulate a significant amount of pollutants and radionuclides released into environment. In this context, research developed in this thesis had the purpose of correct long-term prediction of iodine behaviour in forest ecosystems.Rainfall appears to be a significant input flux of iodine in forest soils and vegetation, depending on coastal distance and precipitation amount. Forest canopy modifies quantities and speciation of iodine initially present in rainfall. Humus would act as temporary iodine accumulation layer through its association with organic matter. However, humus layer also behaves as potential iodine mobilisation source by leaching and/or volatilization. This thesis has demonstrated that iodine levels in soils depend both on its atmospheric and litterfall inputs, but also on the soil's ability to fix iodine. Thus, environmental conditions characterized by organic matter accumulation and presence of metal (hydr)oxides in soils promote iodine retention. Thereafter, soil is the main iodine reservoir at the forest plot scale (~99.9%). Given small amounts of iodine in the trees (<0.03% of the total iodine stock), recycling of iodine by vegetation is low, iodine being not an essential element for vegetables.This thesis contributes to fill some gaps in the knowledge of iodine distribution within forests and on the processes of iodine reemission related to organic matter degradation. Data generated by this thesis help to better understand the modeling of iodine cycle in this forest ecosystem.