Vers une modélisation du statut de polluants organiques de Technosols sous influences climatiques contrastées

Towards a modeling of organic pollutants fate of Technosols and under contrasted climatic influences

• Auteur / Autrice : Robin Dagois
• Direction : Pierre Faure, Christophe Schwartz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 17/12/2015
• 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 sols et environnement (Vandoeuvre-les-Nancy) - Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Cornu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Derenne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Di Giovanni, Patricia Garnier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Analyse

Effets du climat

Modèles mathématiques

Biodisponibilité

Polluants organiques

Technosols

Mots clés libres

Technosol

Climat

Changement climatique

Composés aromatiques polycycliques

Modélisation

Technosol

Climate

Climate change

Polycyclic aromatic compounds

Modeling

Résumé

Les Technosols issus de l’arrêt des activités industriels présentent des propriétés physico-chimiques très contrastées de celles de sols naturels et peuvent renfermer de fortes teneurs en polluants organiques (e.g. composés aromatiques polycycliques (CAP)). Leur abandon pendant des décennies a entrainé l’apparition d’une pédogenèse, particulièrement sous l’influence de facteurs climatiques et supposé entrainer un phénomène d’atténuation naturelle des polluants organiques bien que ces effets ne soient rarement identifiés. Nous proposons ainsi de modéliser l’évolution de la disponibilité des CAP au cours du temps et sous l’influence du facteur climatique. La première étape a été de transcrire des données climatiques atmosphériques en conditions pédoclimatiques et ce, selon les effets de la localisation à l’échelle mondiale, de scénarios de changements climatiques (GIEC), des propriétés des sols et de la profondeur. L’effet de modalités pédoclimatiques sur la disponibilité des CAP a ensuite été testée en conditions contrôlées et sur 11 terres industrielles contrastées (cokeries, usines à gaz). Les conséquences de ces variations de disponibilité des CAP sur la toxicité des sols ont ensuite été validées par un test de croissance de Zea mays L sur les terres vieillies. Les résultats ont été incrémentés dans les modélisations des pédoclimats permettant ainsi de prédire l’évolution de la disponibilité des CAP. Si les conditions climatiques actuelles participent à une diminution de la disponibilité des CAP, le phénomène inverse se produit suite à un réchauffement climatique, que nous définirons comme amplification naturelle, soulignant à nouveau les risques potentiels liés aux changements climatiques sur les sols

Technosols linked with the end of industrial activities depict contrasted properties from those of natural soils and may contain high concentration of organic pollutants (e.g. polycyclic aromatic compounds (PAC)). Their neglect led to the apparition of pedogenetic processes particularly under the influence of climate which potentially contribute to the natural attenuation phenomenon. Hence, we suggest a new method to predict the evolution of PACs’ availability over time and under the influence of climate. The first step was to build a transcription model to predict the pedoclimate evolution derived from weather datasets and under the influence of climate location, climate change scenarios (IPCC), soil properties and depth. The effect of pedoclimatic events on the evolution of PAC availability was then tested in controlled conditions and on 11 contrasted industrial soils (coking plant and gas plant). This allowed predicting the frequency and occurrence of major pedoclimatic events (e.g. freeze-thaw, wetting-drying cycles and periods of high temperature) that drive pedogenesis. The consequence of these availability variation on toxicity were then tested using a growth test of Zea mays L. on aged soils, confirming that PAC availability and soil phytotoxicity are linked. The aging results were then incremented into the pedoclimate model to predict the evolution of PAC availability over time. As the current climatic conditions lead to a decrease in PAC availability (natural attenuation), the opposite effect is observed under the warmer climate of 2100. We described this phenomenon as natural amplification which underlines the upcoming threat of climate change on soils