Conception d’un système d’élimination du glyphosate des eaux de drainage agricole

Designing a system of elimination of glyphosate of agricultural drainage water

• Auteur / Autrice : Tareq Arraj
• Direction : Jean-Luc Bersillon, Guillaume Echevarria
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 14/12/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (Vandoeuvre-lès-Nancy) - Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux / LIEC
• Jury : Président / Présidente : Pierre Benoit
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Benoit, Michel-Pierre Faucon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polluants agricoles

Eau -- Épuration -- Déphosphatation

Glyphosate

Eaux usées -- Épuration -- Traitement biologique

Mots clés libres

Glyphosate

Eau

HPLC

Phosphate

Adsorption

Environnement

Glyphosate

Water

HPLC

Phosphate

Adsorption

Environment

Résumé

L’élimination des produits agrochimiques indésirables des eaux de drainage agricole dans les bassins versants peut être réalisée par des zones humides ouvragées. Les oxy-hydroxydes de fer sont parmi les composés les plus réactifs chimiquement dans les sols tempérés et pourraient être un support idéal en mélange avec un support traditionnel pour la végétation dans ces systèmes. Le présent mémoire expose un travail de recherche visant à tester l’efficacité d’un procédé novateur d’élimination du glyphosate par un filtre minéral planté qui utilise les propriétés d’un support de grande surface spécifique composé d’oxy-hydroxyde ferrique et de végétaux adaptés aux zones humides et tolérants au glyphosate. Ce travail présente trois axes principaux qui sont : • la caractérisation physico-chimique de deux supports synthétiques choisis pour leur potentiel à retenir le glyphosate et de choisir le plus approprié pour notre étude • une étude mécaniste approfondie de l’adsorption du glyphosate sur le support retenu a été faite, suivie d’une analyse comparée de l’adsorption de glyphosate avec celle du phosphate sur ce même support. • la culture de différentes associations à partir de deux espèces végétales de milieu humide (Lythrum salicaria et Phragmites australis) sur un mélange de (sable, support adsorbant) arrosées par irrigation en présence ou en absence de glyphosate et de phosphate afin de vérifier l’efficacité du dispositif sur la dégradation de glyphosate. Les résultats obtenus de la caractérisation nous ont dirigés vers le minéral synthétique GEH®104, (GEH Wasserchemie GmbH & Co. KG, Heinrich-Hasemeier-Straße 33, D-49076 Osnabrück) qui est presque une akaganeite pure avec une surface spécifique de 350 m2.gr-1. Les cinétiques d’adsorption ont suggéré que le temps d’équilibre était plus long (15 j) que le temps déclaré dans la littérature pour des phases similaires. Cela est attribué à la nature mésoporeuse du support utilisé. L’akaganeite adsorbe le glyphosate fortement suivant deux modes : le premier est presque irréversible suivi par un mode hyperbolique, suivant l’équation de Langmuir double, alors que l’adsorption du phosphate suit plutôt l’équation de Bradley. La grande capacité d’adsorption de glyphosate et de phosphate par l’akaganeite en fait un candidat approprié pour une implication dans des zones humides ouvragées devant traiter des eaux contenant ces polluants. Les expériences de culture ont montré que Phragmites australis et la Lythrum Salicaria L. peuvent supporter de fortes concentrations de glyphosate par irrigation et qu’ils bénéficient de l’association mutuelle. Il semblerait que les plantes et leurs micro-organismes associés assurent l’essentiel de la disparition du glyphosate en solution car une fois bien installées, le glyphosate et ses métabolites ne sont pratiquement plus détectables en solution. Le système complet empêche le glyphosate de percoler lorsque celui-ci est présent avec ou sans phosphate dans les eaux d’irrigation

The elimination of undesirable agrochemicals of agricultural drainage water in watersheds can be achieved through engineered wetlands. Iron oxy-hydroxides are among the most chemically reactive compounds in temperate soil and they could be an ideal support in admixture with a traditional holder for vegetation in these systems. This work aimed to test the effectiveness of an innovative method of removing glyphosate mineral planted by a filter that uses the properties of a high surface area carrier composed of ferric oxyhydroxide and plants adapted to wetlands and tolerant to glyphosate. This work has three main axis which are: • The physicochemical characterization of two synthetic materials chosen for their potential to retain glyphosate and choose the most suitable for our study. • A profound mechanism study of the adsorption of glyphosate on the chosen support has been made, followed by a comparative analysis of the glyphosate with the adsorption of phosphate on the same support. • culture of different associations based on two plant species of wetland (Lythrum salicaria and Phragmites australis) on a mixture of (sand, adsorbent support) watered by irrigation in the presence or absence of glyphosate and phosphate to verify the effectiveness of the device on the degradation of glyphosate. The results of the characterization directed us to the synthetic mineral GEH®104 (GEH Wasserchemie GmbH & Co. KG, Heinrich-Hasemeier Straße 33, D-49076 Osnabrück) which is almost a pure akaganeite with a surface area of 350 m2.gr-1. The adsorption kinetics suggested that the equilibrium time was longer than (15 days), which is longer than the time reported in the literature for similar phases. This is attributed to the mesoporous nature of the support used. Akaganeite strongly adsorbs glyphosate in two modes: the first is almost irreversible followed by a hyperbolic mode, according to the Dual Langmuir’s equation while the phosphate adsorption follows the Bradley’s equation. The large capacity of adsorption of glyphosate and phosphate by actually akaganeite makes it a suitable candidate for involvement in wetlands engineered to treat water containing these pollutants. The experimental cultural showed that reed and purple loosestrife can support high concentrations of glyphosate by irrigation and they benefit from membership organization. It appears that plants and their associated microorganisms are responsible for most of the disappearance of glyphosate in solution because once properly installed, glyphosate and its metabolites are practically no longer detectable in solution. The complete system prevents glyphosate from percolating when it is present with or without phosphate in the irrigation water