Spéciation des éléments traces métalliques dans les sols et les solutions des sols : du modèle au terrain

Metal ion speciation in the soil and the soil solution : from model to field

• Auteur / Autrice : Marie Ponthieu
• Direction : Marc Benedetti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences de l'environnement
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sites contaminés

Teneur en éléments traces

Sols

Sols -- Absorption et adsorption

Spéciation

Éléments traces

Résumé

Les problèmes de pollution des sols par des éléments traces métalliques étant de plus en plus nombreux, il est important de comprendre le comportement des métaux au sein de ces sols et d'appréhender leur transfert. Cette compréhension passe par une description des interactions entre ces éléments et les principaux compartiments réactifs des sols (matière organique, oxydes de fer et de manganèse et argiles). L'objectif de ce travail était de développer une approche basée sur la combinaison de plusieurs modèles pour l'étude de la Spéciation des éléments traces métalliques dans le sol et la solution du sol. Les modèles utilisés pour décrire les interactions des métaux avec les principales phases reactives du sol sont CD-MUSIC (oxydes de fer amorphes et cristallisés), NICA-Donnan (matière organique et oxydes de manganèse) et un modèle d'échange cationique basé sur. La convention de Gaines Thomas (argiles). Ce travail implique dans un premier temps la définition de constantes permettant de décrire les interactions des métaux étudiés (Cd, Cu, Pb et Zn) avec les oxydes de fer et de manganèse, une partie de ces informations n'étant pas disponible dans la littérature. La combinaison de ces modèles a été appliquée à deux sites naturels. Le premier est situé dans le Nord de la France à proximité d'une usine pyrométallurgique, il est contaminé en métaux par dépôts atmosphériques et le deuxième, situé en Bretagne est contaminé en cuivre et en zinc par épandage intensif de lisier porcin. Les résultats de la modélisation ont été comparés avec des résultats analytiques (extractions chimiques sélectives, utilisation d'une membrane échangeuse de cations et études EXAFS réalisées au cours de travaux antérieurs), afin de valider l'approche utilisée.

Nowadays, environmental problems related to soil pollution with heavy metals are numerous, therefore, it is important to understand metals behavior in soils and to appreciate their transfer. The fate of the metals in the environment is closely related to their interactions with the major reactive soil compartments (organic matter, iron and manganese oxides, clays). The objective of this work is to develop an approach based on the combination of several model to study metal ion speciation in the soil and the soil solution. Models used to describe the interactions of metals with the main reactive phases in the soil are CD-MUSIC (amorphous and crystallized iron oxides), NICA-Donnarf (organic matter and manganese oxides), cationic ion exchange model (clays). First, this work implies the definition of generic parameters to describe the interactions of the studied metals (Cd, Cu, Pb and Zn) with iron and manganese oxides, a part of this information is missing in the literature. Then, after the validation of the approach by comparison with analytical results, this multi-surface model is applied to two contaminated soils located in the North of France (atmospheric deposits) and in Brittany (intensive pig manure applications).