Phytostabilisation des éléments métalliques d'un technosol minier végétalisé par le genre Salix assistée par du Biochar

Metal elements phytostabilization of a mining technosol vegetated by Salix assisted by biochar

• Auteur / Autrice : Romain Nandillon
• Direction : Fabienne Battaglia-Brunet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers
• Date : Soutenance le 29/03/2019
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la terre d'Orléans (2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Alexandra Courtin-Nomade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabienne Battaglia-Brunet, Alexandra Courtin-Nomade, Thierry Lebeau, Michel Chalot, Domenico Morabito, Fatima Laggoun-Defarge, Michel Bacchi, Marie Gaillard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Lebeau, Michel Chalot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Charbon à usage agricole

Mines (sites d'extraction)

Écotoxicologie

Sols -- Pollution par les métaux lourds

Phytorestauration

Mots clés libres

Phytomanagement

Technosol minier

Parcelle expérimentale

Plomb

Arsenic

Biochar

Compost

Sulfate de fer

Saule

Trèfle

Phytomanagement

Mining technosol

Experimental plot

Lead

Arsenic

Biochar

Compost

Iron sulfate

Willow

Clover

Résumé

L’activité minière a contribué pour une grande part à la pollution de l’environnement par les métaux et métalloïdes. Les déchets miniers du site de Roure-les-Rosiers (district de Pontgibaud, Puy de Dômes), en raison de l’abondante quantité de plomb et d’arsenic qu’ils contiennent, peuvent contribuer à la contamination des écosystèmes environnants. Il est donc nécessaire à minima de limiter leur propagation et, idéalement, d’envisager leur stabilisation à long terme. Pour ce type de site, le phytomanagement apparait alors comme une approche écologique et peu coûteuse, alternative aux techniques dites conventionnelles. Au vu des caractéristiques particulières du technosol minier étudié (toxicité élevée et faible qualité agronomique), l’apport d’amendements (biochar, compost et sulfate de fer) a été nécessaire. Dans ce but, des tests en mésocosmes ont été menés pour évaluer l’impact de ces amendements sur la biodisponibilité des polluants. Les résultats obtenus ont montré que l’ajout de biochar et de compost a induit un abaissement de la concentration de plomb dans l’eau porale de plus de 90 %. Quant au sulfate de fer, il a aidé à maitriser la mobilisation de l’arsenic causée par l’apport de compost nécessaire à l’amélioration agronomique du technosol. Ainsi, les concentrations en arsenic dans les eaux interstitielles ont été maintenues au-dessous de la valeur limite généralement admise pour un rejet dans l’environnement (100 μg.L-1). Tous ces bénéfices liés à l’apport d’amendements ont permis, sur une parcelle expérimentale du site, de mettre en place un couvert végétal, combinant différentes espèces de saules et du trèfle. Le suivi de cette végétation sur deux années de croissance a validé l’approche adoptée, avec l’observation d’une accumulation très faible de plomb et d’arsenic dans les parties aériennes des espèces étudiées, compte tenu des concentrations retrouvées dans le technosol. Par ailleurs, une analyse du compartiment microbiologique des sols a montré que l’apport de compost a amélioré la diversité des microorganismes, suggérant un processus de refonctionnalisation. Le suivi de la parcelle expérimentale sur plusieurs cycles de croissance de végétaux permettra de valider la stratégie de phytomanagement développée à diverses échelles, du laboratoire au site.

The mining activity has significantly contributed to the pollution of the environment by metals and metalloids. The mining site of Roure-les-Rosiers (Pontgibaud district, Puy de Dômes), due to the high lead and arsenic concentrations in the mine wastes, can contribute to the contamination of surrounding ecosystems. It is therefore necessary at least to limit the transfer of pollutants, and, ideally, to consider the long-term stabilization of the wastes. In such context, phytomanagement appears as an ecological and inexpensive approach, alternative to the conventional techniques. In view of the particular characteristics of the studied mining technosol (high toxicity and low agronomic quality), amendments addition (biochar, compost and iron sulphate) was necessary. To this end, mesocosm tests were conducted to assess the impact of these amendments on pollutant bioavailabilities. The results showed that biochar and compost addition decreased lead concentration in the soil pore water by more than 90%. For its part, iron sulphate has helped to control the arsenic mobilization caused by the supply of compost added in order to improve the agronomic quality of the technosol. Thus, arsenic concentrations in soil pore water have been kept below the usual limit value for release into the environment (100 μg.L-1). All these benefits related to the amendments made possible, on the experimental plot, to set up a vegetation cover, combining different species of willows and clover. Monitoring of this vegetation over two years of growth validated the adopted approach, with the observation of a very low lead and arsenic accumulation in the aerial parts of the studied species, taking into account the pollutants concentrations found in the technosol. In addition, the analysis of the soil microbiological compartment showed that compost improved the diversity of microorganisms suggesting a refunctionalization process. Monitoring the experimental plot over several plant growth cycles will validate the phytomanagement strategy developed at various scales, from the laboratory to the site.