Impact et devenir des retombées de poussières industrielles sur les sols de Gravelines (Nord, France)

Impact and evolution of industrial dust fallout on the soils of Gravelines (Northern France)

• Auteur / Autrice : Marine Casetta
• Direction : Michaël Hermoso, Jacinthe Caillaud, Sylvie Philippe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'univers. Terre solide et enveloppes superficielles
• Date : Soutenance le 19/12/2023
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanologie et de Géosciences (LOG) - Laboratoire d'Océanologie et de Géosciences / LOG
• Partenaire(s) de recherche : Financeur : Hauts-de-France. Conseil régional - Pôle métropolitain de la Côte d'Opale
• Jury : Président / Présidente : Dominique Courcot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Béatrice Marin, Baghdad Ouddane, Cécile Quantin, Christophe Waterlot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Béatrice Marin, Baghdad Ouddane

Mots clés

Mots clés contrôlés

Poussière

Sols -- Pollution par les métaux lourds

Sols -- Teneur en métaux lourds

Mots clés libres

Sols urbains

Éléments Traces Métalliques

Métallurgie

Émissions industrielles

Poussières sédimentables

Urban soils

Trace Metal Elements

Metallurgy

Industriel emissions

Sedimentable dust

Résumé

En zone urbaine ou industrialisée, la qualité des sols est particulièrement impactée par les émissions chroniques de contaminants. Pourtant, ces écosystèmes fragiles et fondamentaux sont non renouvelables à échelle de vie humaine, et leur préservation est essentielle pour répondre aux enjeux sanitaires et environnementaux actuels. Ce travail apporte de nouveaux éléments de connaissance sur la contamination métallique de sols urbain soumis à des retombées de poussières industrielles. Il s'intéresse particulièrement à la ville de Gravelines, située en bordure nord-ouest de l'agglomération dunkerquoise (Nord, France), à proximité de plusieurs industries métallurgiques et sidérurgiques. La signature chimique et morphologique de retombées de poussières (collectées au coeur de la ville) montre que dans certaines conditions météorologiques (vents de nord-est), la proportion de particules issues de sources industrielles est supérieure à 80% (particules riches en carbone, poussières d'alumine, laitiers, oxydes de fer...). Des enrichissements significatifs en métaux, détectés dans les retombées, permettent d'identifier les éléments Cr, Ni, Mo comme principaux traceurs des activités métallurgiques. La recherche de ces métaux traceurs dans les sols conduit à une évaluation de la vulnérabilité spatiale des sols de Gravelines aux retombées de poussières. Alors que l'hypothèse d'une pollution métallique généralisée est écartée, des niveaux de contamination notables en éléments traceurs métalliques sont identifiés à proximité des industries émettrices (ceinture de végétation, jardins ouvriers et cimetière au nord-est de la ville). Les profils de concentrations établis sur ces zones traduisent, en effet, un apport atmosphérique de contaminants, notamment dans les 3 premiers centimètres du sol. L'intégration des poussières dans les matrices pédologiques est, par ailleurs, confirmée par observation en microscopie électronique d'une lame mince de sol contaminé. Sous forme mobile dans les sols, les métaux traceurs des activités industrielles peuvent être toxiques pour les organismes vivants. L'étude de leur mobilité générale dans les sols de Gravelines révèle une relative stabilité de Cr, Ni et Mo, indiquant leur faible biodisponibilité lorsqu'ils sont issus de sources industrielles. Les sols étudiés présentent des niveaux d'écotoxicité intermédiaires. Ces derniers peuvent toutefois être ponctuellement plus élevés dans les zones les plus impactées par les dépôts industriels. Bien que le degré d'écotoxicité ne puisse être directement relié aux métaux apportés par les poussières industrielles, ce travail souligne tout particulièrement la question de l'usage des sols exposés à de tels dépôts.

In urban or industrialized areas, soil quality is particularly affected by chronic emissions of contaminants. Yet these fragile and fundamental ecosystems are non-renewable on a human timescale, and their preservation is essential to respond the current health and environmental challenges. This work provides new knowledge on metallic contamination of urban soils submitted to industrial dust deposition. It focuses, in particular, on the town of Gravelines, located in the Dunkerque agglomeration (Northern France) close to several metallurgical and steel industries. The chemical and morphological signature of dust fallout (collected in the city center) shows more than 80% of particles coming from industrial sources (carbon-rich particles, alumina dust, slag, iron oxides, etc.) in certain weather conditions (northeast winds). Significant metal enrichment detected in the dust fallout allows to identify the elements Cr, Ni and Mo as the main tracers of metallurgical activities. Concentrations of tracer metals in soils enables an assessment of the spatial vulnerability of Gravelines soils to dust fallout. While the hypothesis of generalized metallic pollution has been ruled out, significant levels of contamination in tracer elements were identified in the vicinity of emitting industries (in the northeast areas of the town). Concentration profiles in these areas suggest an atmospheric input of contaminants, with higher metal enrichment in the soil subsurface. The integration of dust into soil matrices is partially confirmed by electronic microscopic observations of a thin section of contaminated soil. When mobile in soils, trace metals from industrial activites can be toxic to living organisms. A study of their general mobility in Gravelines soils reveals the relative stability of Cr, Ni and Mo, indicating their low bioavailability when derived from industrial sources. Globally, the studied soils show intermediate levels of ecotoxicity. However, the latter one is punctually higher in areas most affected by industrial deposits. Although this toxicity was not directly related to the industrial dust-borne metals, this work is particularly highlights the question of the use of soils exposed to such deposits.