Rôle des écosystèmes forestiers dans le transfert des HAP de l’atmosphère aux sols : étude des placettes du réseau RENECOFOR

Role of forest ecosystems in the transfer of PAH from atmosphere to soils : a case study of RENECOFOR sites

• Auteur / Autrice : Sara Negro
• Direction : Emmanuel Naffrechoux, Jérôme Poulenard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 24/01/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie moléculaire et environnement (Chambéry)
• Jury : Président / Présidente : Henri Wortham
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Galsomiès, Yves Perrette
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Henri Wortham, Geneviève Chiapusio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie des forêts

Composés aromatiques polycycliques

Mots clés libres

Hydrocarbures aromatiques polycycliques

Forêt

Humus

Transfert

Végétation

Sol

Polycyclic aromatic hydrocarbons

Forest

Humus

Transfer

Vegetation

Soil

Résumé

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) constituent un groupe de polluants organiques persistants (POP). Ils sont produits par la combustion incomplète de la matière organique et peuvent être transférés sur de longues distances. Leur nature organique et hydrophobe leur confère une affinité vis-à-vis des surfaces lipidiques et des compartiments contenant de la matière organiques. Ils peuvent donc s’adsorber sur les matrices végétales et sur la matière organique des sols. La canopée, du fait de sa rugosité aérodynamique importante, constitue un puits important de HAP. Dans cette étude, nous avons suivi l’évolution de la concentration en HAP, sur une période de 20 ans (de 1993 à 2011), dans la végétation (feuilles/aiguilles), les couches organiques (OL, OF et OH) et les couches organo-minérales (0 – 10 cm, 10 – 20 cm et 20 - 40 cm) des sites forestiers français suivis par le réseau RENECOFOR (Réseau National de suivi à long terme des ECOsystèmes FORestiers).14 sites répartis sur tout le territoire français ont été choisis selon des caractéristiques différentes (type de l’essence forestière, climat, altitude, latitude, longitude, type d’humus forestier, contenu en carbone organique, etc.). Ainsi, 14 HAP considérés comme prioritaires par l’agence de protection de l’environnement des Etats-Unis (US-EPA) ont été quantifiés.Cette étude a mis en évidence l’efficacité de la végétation dans l’enregistrement de l’historique de la qualité de l’air des sites forestiers. Une baisse générale de la concentration en HAP dans la végétation et dans l’atmosphère pendant les 20 dernières années a été constatée. La végétation joue le rôle d’une pompe qui accumule les HAP et les transferts vers les sols forestiers. Le contenu en carbone organique semble être le paramètre contrôlant l’accumulation des HAP dans les sols forestiers. Ainsi, la dynamique des HAP entre les différents compartiments forestiers semble dépendre de leurs propriétés physico-chimiques et de leur capacité à subir des mécanismes de dissipation (lixiviation, dégradation, etc). Enfin, cette étude montre que les couches organo-minérales des sols forestiers constituent un puits plus important de HAP (légers, intermédiaires et lourds) que la végétation et les couches organiques dans l’écosystème forestier.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a group of persistent organic pollutants (POPs). They are produced by incomplete combustion of organic matter and can be transported over long distances in the atmosphere. Because of their organic and hydrophobic nature they have a strong affinity for lipid surfaces and compartments containing organic matter. They can therefore be adsorbed on the plant matrices and on the organic matter of the soils. The canopy, due to its important aerodynamic roughness, constitutes an important sink for PAHs.In this study, we have monitored the evolution of PAHs concentrations over a period of 20 years (from 1993 to 2011) in 3 compartments of the forest ecosystem: vegetation (leaves / needles), organic layers (OL, OF and OH) and organo-mineral layers (0-10 cm, 10-20 cm and 20-40 cm) of French forest sites monitored by the RENECOFOR network (National Network for Long-term FOrest ECOsystem Monitoring).4 sites distributed throughout France were selected according to different characteristics (type of forest species, climate, altitude, latitude, longitude, type of forest humus, organic carbon content, etc.). Thus, 14 PAHs, considered as priority pollutants by the United States Environmental Protection Agency (U.S. EPA), were quantified.This study highlights the efficiency of vegetation in registering the history of air quality at forest sites. A general decrease in the concentration of PAHs in vegetation and in the atmosphere over the past 20 years has been observed.Vegetation plays the role of a pump that accumulates PAHs and transfers them to forest soils. Organic carbon content appears to be the most important parameter controlling PAHs accumulation in forest soils. Thus, PAHs transfer between the different forest compartments appears to depend on their physico-chemical properties and their ability to undergo dissipation mechanisms (leaching, degradation, etc.).Finally, this study shows that the organo-mineral layers of forest soils constitute a more important sink of (light, intermediate and heavy) PAHs than vegetation and organic layers in the forest ecosystem.