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Thèse soutenue

Evolution de la spéciation du plomb et du cadmium dans les sols

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Auteur / Autrice : Philippe Bataillard
Direction : Philippe Cambier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de l'environnement
Date : Soutenance en 2002
Etablissement(s) : Ecole nationale du génie rural, des eaux et des forêts (Paris ; Nancy ; 1968-2006)

Résumé

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L'accumulation du plomb et du cadmium dans les sols pose le problème du maintien de la qualité du milieu à long terme. Le risque d'une dégradation est difficile à déterminer car il demande une bonne connaissance du devenir de ces polluants. Pour cela, il est nécessaire de mieux comprendre pourquoi et comment les métaux passent d'une forme à une autre dans les sols. L'objectif de ce travail de thèse est d'identifier et de hiérarchiser les mécanismes responsables de l'évolution de la spéciation du plomb et du cadmium dans les sols. Dans ce but, nous avons artificiellement contaminé des sols chimiquement contrastés, par des particules de plomb et cadmium, de formes chimiques simples: oxyde, carbonate, sulfate et sulfure. La complémentarité des techniques utilisées, nous a permis de caractériser les transformations de ces particules après trois mois d'incubation en conditions contrôlées. L'expérience, réalisée sans plante dans un premier temps, est recommencée avec culture de ray-grass afin de mettre en évidence le rôle de la plante sur l'évolution de la spéciation des métaux. Les résultats obtenus montrent que la dissolution des particules dépend, en général, de la spéciation initiale du métal et du type de sol. La dissolution est accrue dans les sols acides sauf dans le cas du sulfate de plomb dont la solubilisation est indépendante du pH. La majorité des grains de cadmium est rapidement dissoute sauf dans le cas des sulfures et du carbonate de cadmium dans un sol carbonaté. Le cadmium présente une grande affinité pour les carbonates du sol, avec lesquels il s'adsorbe de façon spécifique, ou crée une solution solide. Il est d'autant plus échangeable que le pH du sol est bas. D'une façon générale, la solubilité du cadmium est décrite de façon satisfaisante par un modèle d'adsorption. Dans le cas du plomb, l'utilisation de techniques spectroscopiques montre une forte affinité de ce métal pour les oxydes de manganèse. Bien que les solutions des sols soient souvent sursaturées vis-à-vis de la chloropyromorphite (Pb5(PO4)3Cl), la précipitation ne semble pas jouer un rôle majeur dans la rétention de ce métal. L'adsorption spécifique est le principal mécanisme responsable de sa rétention dans les sols neutre ou alcalin. Dans un sol acide, l'adsorption est moins spécifique, et le plomb est plus facilement extrait par des réactifs chimiques. Dans nos conditions expérimentales, lorsqu'une plante se développe dans ces sols récemment contaminés, nous montrons que la dissolution des particules est généralement accélérée. Elle joue également un rôle sur la précipitation de la pyromorphite en raison de sa capacité à solubiliser l'orthophosphate. De plus, la plante diminue généralement la fraction échangeable du Pb et du Cd, qui sont redistribués dans les fractions oxydables et réductibles. Toutefois, elle peut augmenter cette fraction échangeable, si le métal est libéré massivement alors que le complexe d'échange est désaturé. Ce phénomène est observé dans le cas d'un sol non carbonaté, contaminé par du sulfure de plomb. La cinétique de la transformation des formes de plomb et de cadmium, simulant la pollution diffuse des agrosystèmes, est relativement rapide mais dépend du type de sol. La redistribution des métaux n'est pas achevée à l'échelle de temps d'une culture. De ce fait, la spéciation initiale des polluants et les caractéristiques physico-chimiques du sol sont deux facteurs essentiels pour comprendre le devenir du plomb et du cadmium dans le système sol-plante.