Impacts de l’épandage agricole de matières fertilisantes d’origine résiduaire (Mafors) sur les organismes terrestres

Impacts of agricultural spreading of organic amendment on terrestrial organisms

• Auteur / Autrice : Olivier Roques
• Direction : Rémy Bayard, Jean-philippe Bedell
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Environnement
• Date : Soutenance le 27/01/2023
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DEEP - Déchets Eaux Environnement Pollutions, EA 7429 (Lyon, INSA) - Déchets Eaux Environnement Pollutions / DEEP
• Jury : Président / Présidente : Rémy Gourdon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rémy Bayard, Jean-philippe Bedell, Rémy Gourdon, Patricia Garnier, Yvan Capowiez, Guénola Peres, Thierry Lebeau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Patricia Garnier, Yvan Capowiez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Risques écotoxicologiques

Engrais et amendements -- Épandage

Déchets organiques -- Recyclage

Matières fertilisantes

Mots clés libres

Environnement

Amendement organique

Bioaccumulation

Bioessais

Ecotoxicologie

Eisenia fetida

Elément de trace

Traces metalliques

Medicago sativa

Microorganismes

Plantes

Résidus de médicaments

Sinapis alba

Toxicité

Environment

Organic amendment

Bioaccumulation

Toxicity test

Ecotoxicology

Eisenia fetida

Drug residues

Metallic traces

Medicago sativa

Microorganisms

Plants

Drug residues

Sinapis alba

Toxicity

Résumé

Les matières fertilisantes d’origine résiduaire (Mafors) sont utilisées dans l’agriculture comme amendement organique du sol pour améliorer sa structure, sa fertilité et son activité biologique. En France, les effluents d’élevage représentent la grande majorité des Mafors épandues, suivis des boues urbaines et industrielles ainsi que des composts. Toutefois, l’épandage des Mafors peut présenter un risque de contaminations biologiques et chimiques des sols agricoles. La valorisation des Mafors par épandage nécessite donc de maîtriser les risques environnementaux qu’elle génère, et plus particulièrement les risques écotoxicologiques. L’objectif de cette étude est de mettre en place une démarche expérimentale pour évaluer les potentiels d’effets écotoxicologiques associés à l’épandage de Mafors. Pour cela, une batterie de bioessais en laboratoire est mise en place pour évaluer l’écotoxicité de trois Mafors, sélectionnées pour leur représentativité des épandages agricoles en France (une boue d’épuration, un fumier et un lisier de vache) sur trois organismes terrestres (ver de terre, plantes et microorganismes). L’évaluation écotoxicologique comprend une analyse chimique et des tests de toxicité aiguë (activité enzymatique, germination, létalité) sur les organismes terrestres. Une absence d’écotoxicité aiguë est avérée à des doses d’épandage réalistes en Mafors, probablement masqué par un effet bénéfique observé par l’ajout de matière organique dans le sol amendé. La méthodologie est complétée par la conception et la réalisation de tests de toxicité chronique faisant intervenir des paramètres biologiques plus sensibles à de faibles contaminations (croissance des plantes et reproduction des vers de terre). L’écotoxicité chronique des Mafors s’est manifestée seulement par des effets reprotoxiques et des perturbations des réserves énergétiques des vers de terre exposés à des sols amendés en boue d’épuration et en lisier de vache à des doses d’épandage réalistes (20 g.kg-1 MS). Des effets agronomiques positifs sont observés sur les plantes exposées à des sols amendés en boue d’épuration. En complément, le transfert potentiel de polluants (éléments traces métalliques et résidus de médicaments) présents dans les sols amendés est suivi et les résultats ne mettent pas en évidence une bioaccumulation dans les vers de terre.

Organic wastes are used in agriculture as an organic amendment to improve the properties of the soil in terms of its structure, fertility and biological activity. In France, livestock effluents are considered as the most organic wastes applied to agricultural soils, followed by urban and industrial sludge and compost. However, the application of organic amendments can cause the risk of biological and chemical pollution of the amended agricultural soils. Enhancement through the application of these organic amendments requires control of the environmental risks associated with this enhancement and, in particular, the ecotoxicological risks. The current study aimed to develop an experimental approach to evaluate the potential ecotoxicological effects of these organic amendments. For this purpose, a series of laboratory bioassays was performed to evaluate the ecotoxicity of three organic amendments, selected for their representativeness of agricultural spreading in France: urban sewage sludge, dairy cow manure, and dairy cow slurry. The ecotoxicological assessment includes chemical analysis and acute toxicity tests (enzymatic activity, germination, lethality) on three terrestrial organisms. An absence of acute ecotoxicity is demonstrated at realistic application rates in Mafors, probably masked by a beneficial effect observed by the addition of organic matter in the amended soil. The methodology is completed by the design and implementation of chronic toxicity tests involving biological parameters that are more sensitive to low levels of contamination (plant growth and earthworm reproduction). The chronic ecotoxicity of Mafors was manifested only by reprotoxic effects and disturbances of the energy reserves of earthworms exposed to soils amended with sewage sludge and cow slurry at realistic application doses (20 g.kg-1 DW). Positive agronomic effects were observed on plants exposed to soil amended with sewage sludge. In addition, the potential transfer of pollutants (metallic trace elements and drug residues) present in the amended soils was monitored and the results did not reveal any bioaccumulation in earthworms.