Hydrodynamic characterisation of a groundwater - surface water system and evaluation of BTEX, PAHs decay and heavy metals fate

Most contaminated sites related to past industrial activities in Europe are adjacent to rivers and urbanized areas. These sites pose a major problem for water authorities and policy makers in terms of contaminants mobility, natural attenuation (or degradation) and risk assessment for environment and humans. Natural attenuation in groundwater is only effective if hydrogeochemical conditions of the system are favourable and contaminant degrading microorganisms are present. To evaluate this effectiveness, many site specific factors have to be considered, among which the dynamics of groundwater fluxes and groundwater – surface water interactions and biogeochemical processes. The site of concern in this study is a brownfield located in the north bank of the Meuse River, upstream of the city of Liège, Belgium. The soil, the unsaturated zone and the gravel aquifer are heavily contaminated by organic pollutants (BTEX and PAHs) and metals due to past industrial activities of coke production in the XXth Century. Various point sources of contaminants were delineated in the site. Benzene and Toluene concentrations in groundwater were found up to 50.000 μg l-1 and 23.000 μg l-1 respectively in source areas, while pollution due to metals was less important, with presence of Fe (> 6400 μg l-1), Zn (40 μg l-1), Co (18 μg l-1), Cu (>9 μg l-1), Pb (>100 μg l-1) and Cr (2 μg l-1) mainly with higher concentrations in some hot spots. The Meuse River level is established at around 59.5 meters a.s.l. by dams. However, river water levels fluctuate continuously with amplitude varying between a few centimetres up to 2 meters during winter and spring seasons. The main objectives of the research investigations were 1) to evaluate whether an interaction exists, at the level of the mentioned brownfield, between groundwater and the neighbouring river; 2) to assess the dynamics of such interactions and to quantify groundwater fluxes as the main potential vector of mobility of contaminants offsite; 3) to determine the potential of bacterial degradation of organic compounds and fate of metals contaminants in the specific environment of the site; and 4) to integrate groundwater – surface water dynamics with potential degradation of contaminants in order to evaluate further evolutions of contaminants in the aquifer. A detailed monitoring of groundwater and surface water levels, together with a series of field tests like pumping and tracer tests, contributed to a good knowledge in hydrodynamics of the contaminated aquifer. Groundwater and surface water monitoring datasets were analyzed in order to characterize hydraulic dynamics of the groundwater – surface water system. Groundwater heads observed were strongly influenced by Meuse River stages, and groundwater flow in the transition zone (seepage) was oriented in the direction going from the aquifer to the river under normal conditions. The use of an analytical model, however, pointed out that small changes on water river level were enough for a groundwater flow inversion, so seepage going from the Meuse River into the aquifer. Organic compounds (mainly benzene and low weight PAHs) have been studied with respect to their intrinsic bacterial degradation potential. Two independent stable isotope-based approaches (laboratory and field) were used to determine in situ biodegradation rates for benzene, and for the two- and three-ring aromatic hydrocarbons naphthalene and acenaphthene. In the laboratory, microcosms were set up with 13C-labeled substrates as well as with groundwater and with sediments from the site. The increase in 13C-CO2 over time was monitored by GC-IRMS analysis and used to calculate biodegradation rates. Benzene, naphthalene and acenaphthene were found to be biodegradable by the intrinsic microbial community under in situ-like conditions. The respective biodegradation rates decreased with increasing number of aromatic rings and were significantly lower under anoxic conditions. Apart from the microcosm study, in situ-biodegradation rates could be retrieved in a field study from 13C/12C signatures of residual groundwater contaminants using first-order kinetics. Biodegradation rates of lab- and field-based approaches were found to be in good agreement. Batch tests revealed that the heavy metals could be precipitated under sulphate (present at the site) reducing conditions. This in situ bioprecipitation process can be induced by the presence of electron donors and plays an important role in the natural attenuation process. Other conditions as aerobic or nitrate reducing conditions, did not lead to heavy metal immobilization. This gives specific indications about future site management and land use. It was also proved that the present heavy metal concentration did not influence the PAH biodegradation. However, PAH biodegradation under aerobic conditions is very slow. Further investigations will be necessary to evaluate the effect of aerobic biodegradation (addition of air) on the mobilization of the heavy metals, bound to the aquifer. The continuous changes of the groundwater flow direction observed in the studied site, lead to surface water flowing into the aquifer. This is likely to be an additional source of oxygen for the aquifer. This influx of oxygen-saturate water could enhance the degradation of BTEX and PAHs in the regions of the aquifer which are affected. Further investigations are needed to come to a qualitative evaluation to what extent oxygen from river water contributes to the removal of BTEX and PAHs at the site

Distribution et cinétique de mobilisation du cadmium dans le sol

Doctorat en sciences agronomiques -- UCL, 199

Appreciation of biological indicators as tools for evaluating soil quality

Le Laboratoire d’Ecologie Végétale et Microbienne de l’Université de Liège a réalisé une recherche d’intérêt général ayant pour objet l’appréciation d’indicateurs biologiques permettant d’évaluer la qualité des sols. Cette étude a été financée par le Service Public de Wallonie (SPW). Les données et les résultats de la présente convention sont la co-propriété du Service Public de Wallonie et du Laboratoire d’Ecologie Végétale et Microbienne (Prof. M. Carnol) de l’Université de Liège. Objet de la recherche : Les objectifs de ce projet sont l'appréciation d'indicateurs biologiques permettant d'évaluer la qualité des sols en réalisant : - Une recherche et synthèse bibliographique des études récentes sur la qualité biologique des sols, des techniques de mesure disponibles et de leurs conditions d'applications. Une attention particulière sera portée sur les indicateurs adaptés aux types de sols wallons, aux pratiques courantes de gestion des sols et aux problèmes environnementaux auxquels la Wallonie est le plus souvent confrontée (pollution par les métaux lourds, les HAP, les hydrocarbures). Cette synthèse permettra d'améliorer nos connaissances sur la pertinence de certaines mesures biologiques comme outil d'évaluation de la qualité des sols. - Un état des lieux des outils d'évaluation de la qualité biologique des sols dans les pays/régions voisins et de leur utilisation dans le cadre de politiques de gestion et/ou de protection des sols. Cet état des lieux a pour but d’explorer et d’analyser le cadre politique ainsi que les objectifs stratégiques poursuivis dans chacun des pays, les caractéristiques générales des différents réseaux existants, les indicateurs mis en œuvre ou suggérés, ainsi que les bases scientifiques justifiant le choix de ces indicateurs. - Une analyse de l'aptitude des outils identifiés aux points 1 et 2 à prédire la capacité des sols à remplir leurs fonctions écologiques, en ciblant trois domaines d'action de ces outils : sols forestiers, sols agricoles et sols potentiellement pollués. - Une évaluation des outils identifiés aux points 1 et 2 selon les critères suivants : sensibilité, reproductibilité, possibilité d'utilisation en routine, facilité d'interprétation, coût. - Des propositions pour la suite des travaux de recherche (liens avec la politique des sols, perspectives de recherche). Méthodes mises en œuvre : Pour la synthèse bibliographique, deux bases de données pertinentes dans le domaine des sciences du vivant et du sol (ISIWeb of Knowlege et ScienceDirect) ont été consultées. Les publications pertinentes dans le cadre de l’étude de la qualité des sols au moyen d’indicateurs biologiques ont été consultées afin de répertorier les indicateurs les plus étudiés et de synthétiser les données concernant la sensibilité de ces indicateurs vis-à-vis des pratiques de gestion agricole et forestière, de l’occupation des sols et de diverses pollutions. D’autres données relatives aux méthodologies employées, à la reproductibilité et l’interprétabilité des mesures on été acquises lors de cette recherche bibliographique. Concernant l’ état des lieux à propos des outils d'évaluation de la qualité biologique des sols existant dans les pays/régions voisin(e)s de la Belgique/Wallonie- réalisé par le bureau d’études RamSes-, le travail s’est effectué par exploration de la documentation technique spécialisée et par enquête. La pré-sélection des indicateurs pertinents pour l’application en Wallonie s’est effectuée sur base d’une approche numérique procédant par itération en considérant à la fois la pertinence et l’applicabilité des indicateurs (critères scientifiques), leur utilisation dans des réseaux existants, ainsi que des critères purement méthodologiques. Résultats : Sur base des définitions de la qualité des sols et des indicateurs biologiques, on peut considérer un indicateur biologique de la qualité d’un sol comme étant un organisme ou un processus biologique qui est l’indice précoce de modifications de l’environnement et dont les valeurs fournissent une information sur la capacité d’un sol à fonctionner comme un système vivant, au sein d’écosystèmes naturels ou gérés, dans le but de maintenir la productivité biologique, de maintenir ou d’augmenter la qualité de l’eau et de l’air et de promouvoir la santé des animaux, des végétaux et humaines. Après un inventaire de la diversité biologique des sols, nous nous sommes intéressés aux caractéristiques et occupations des sols en Wallonie pour aboutir à une sélection de combinaisons type de sol/type d’occupation pertinents dans le cadre d’un réseau de surveillance de la qualité biologique des sols. De plus, en fonction des types d’usage rencontrés en Wallonie, nous avons considéré les services écosystémiques majeurs remplis par le sol afin de pouvoir juger de la pertinence des indicateurs c'est-à-dire de leur capacité à intervenir dans les différents services rendus par le sol au travers de processus ou d’éléments biotiques avec comme bénéfices attendus la production de nourriture ou de fibre ainsi que le maintien d’un environnement sain. L’état des lieux des outils d’évaluation de la qualité biologique des sols dans les pays/régions voisins souligne que plusieurs pays en Europe –parmi lesquels les Pays-Bas, la Suisse, la France, le Royaume-Uni, l’Allemagne, l’Italie, l’Autriche, la Hongrie, la Tchéquie – ont mis en œuvre une démarche globalement similaire pour développer un système d’indicateurs et mettre en place un réseau de surveillance de la qualité biologique et/ou sur la biodiversité des sols de portée nationale. Ces démarches procèdent par étapes successives, à savoir : définition des objectifs du réseau de surveillance, propositions d’indicateurs (relevés bibliographiques), étape de pré-sélection de ces indicateurs, test de ces indicateurs et acquisitions de données de base (valeur de référence). Les réseaux mis en place poursuivent des objectifs stratégiques de surveillance et/ou de prévention mais aussi des objectifs scientifiques d’acquisition de données concernant la composante biologique des sols et ses fonctions spécifiques. Actuellement, seuls les Pays-Bas ont un réseau de surveillance de la qualité biologique des sols déjà en place et fonctionnel au niveau national. Les réseaux dans les autres pays sont soit au stade de test, soit fonctionnels à l’échelle régionale. En intégrant les données acquises au cours de cette recherche bibliographique et au cours de l’état des lieux des outils d’évaluation de la qualité biologique des sols dans les pays/régions voisins, les indicateurs biologiques de la qualité du sol sont majoritairement des paramètres microbiens. Les paramètres faunistiques sont moins fréquemment usités. Il ressort, également, de cet inventaire et de notre recherche bibliographique que les méthodes à développer et à mettre en place en Wallonie doivent se fonder sur une délimitation aussi claire que possible des objectifs poursuivis par les législateurs. En considérant, à l’issue de la recherche bibliographique, les critères de pertinence, d’applicabilité et de méthodologie, combinés à l’utilisation de l’indicateur dans des réseaux existants et à la consultation d’ouvrages de référence, nous avons pu mettre en avant six paramètres microbiens pertinents dans le cadre de la qualité des sols wallons, en tenant compte de l’usage agricole, forestier et urbain. Il s’agit de la biomasse microbienne, de paramètres relatifs à l’activité des micro-organismes du sol à savoir la respiration basale et la minéralisation nette de l’azote, et des indices écophysiologiques. Nous privilégions plutôt l’étude de la diversité fonctionnelle que celle de la diversité structurelle, car le lien entre la structure de la communauté microbienne et la fonction est encore mal établi. Ces différents paramètres sont d’ailleurs couramment employés/ recommandés comme indicateur biologique de la qualité des sols dans différents programmes de suivi des sols existant. Afin de prendre en considération la recommandation de l’union européenne suggérant d’intégrer des paramètres faunistiques dont l’étude de régulateurs biologiques (nématodes ou collemboles) et d’ingénieurs de l’écosystème (vers de terre) au programme de suivi des sols, nous proposons d’étudier le nombre et la biomasse des vers de terre comme paramètre faunistique, en raison de la simplicité d’étude de ce paramètre en comparaison de la complexité d’étude de la faune du sol au niveau taxonomique. L’application et le développement de politiques dans le cadre du décret relatif à la gestion des sols requièreront la mise en place d’indicateurs (notamment biologique) concernant la qualité des sols. Actuellement, aucune étude belge /wallone ne concerne l’étude de la qualité des sols de notre pays/région. D’autres pays européens (Pays-Bas, Allemagne, Italie, Tchéquie, la Hongrie, l’Autriche, ….) ont quant à eux débuté la mise en place du suivi de la qualité des sols faisant intervenir les indicateurs biologiques. Sur le plan opérationnel des perspectives tracées par le Plan d’Environnement pour le Développement Durable de 1994, qui prévoit « d'améliorer la connaissance et le suivi de la qualité des sols », il ressort de la revue d’état des lieux que la mise en œuvre fonctionnelle d’un réseau de mesures biologique cohérent est un processus lent, qui peut s’étaler sur 10 à 15 années. Cependant, les expériences – notamment en Grande-Bretagne - montrent également que les programmes de monitoring peuvent aussi s’initier de façon relativement simple, avec un nombre limité d’indicateurs et de points de mesure, et se complexifier par la suite en intégrant les résultats des efforts de recherche et pour la standardisation des méthodes. Sur base des éléments fournis conjointement à l’issue du travail d’analyse des indicateurs de la littérature et de l’état des lieux dans les pays et régions voisins, il est possible désormais de définir les principes d’un réseau minimum de démarrage et de définir les bases et méthodes de travail à développer par la suite pour consolider et étendre ce premier réseau.The Laboratory of Plant and Microbial Ecology of the University of Liege conducted a research of public interest focusing on the assessment of biological indicators for the evaluation of soil quality. This study was funded by the ’Service Public de Wallonie (SPW)’. Data and results are co-owned by the Service Public de Wallonie and the Laboratory of Plant and Microbial Ecology (Prof. M. Carnol), University of Liege. Research objectives : The objectives of this project were the assessment of biological indicators to estimate soil quality through : - A review and synthesis of recent scientific literature on biological soil quality, available methods and conditions of applicability. Particular attention will be paid on indicators relevant to the type of Walloon soils, to common soil management practices and environmental problems encountered in Wallonia (pollution by heavy metals, PAHs, hydrocarbons). This review will improve our knowledge on the relevance of some biological measures as tools for assessing soil quality. - An inventory of tools used for assessing the biological soil quality in neighbouring countries/regions and their use in management policies and / or soil protection. This inventory aims at exploring and analyzing the political and strategic objectives pursued in each country, the general characteristics of the different existing monitoring networks, the indicators used or suggested, as well as the scientific justification of these indicators. - An analysis of the appropriateness of the tools identified in the two first objectives to predict the capacity of soils to perform their ecological functions, targeting agricultural, forest and potentially polluted soils. - An assessment of the sensitivity, reproducibility, possibility of routine use, ease of understanding and cost of the selected tools. - Suggestions for future research (link to soil policy, research opportunities). Methods : For the literature review, we used two relevant databases for life and soil science (ISIWeb of Knowledge and ScienceDirect). Publications related to the assessment of soil quality through biological indicators were consulted in order to synthesize most frequently used indicators and their sensitivity to farm or forestry management, land use or pollution. Data on methodology, reproducibility and interpretability have also been synthesized. The inventory of tools used for assessing the biological quality soil in neighbouring countries/regions (realised by Ram-Ses), was performed through he exploration of technical and specialized publications and by inquiry. Pertinent indicators for the Walloon region were pre-selected through an iterative numerical approach taking into consideration the relevance and applicability of the indicators, their use in existing monitoring networks, and some methodological criteria. Results : Based on the definitions of soil quality and biological indicators, we can consider biological indicators of soil quality as organisms or biological processes reflecting a modification of the environment and whose values give information about the capacity of soil to function, within natural or managed ecosystem boundaries, to sustain plant and animal productivity, maintain or enhance water and air quality, and support human health and habitation. After an inventory of soil biodiversity, we focused on soil characteristics and land use types to define the most relevant combinations of soil type/land use in the Walloon region. Furthermore, we considered the major soil ecosystem services provided by the most frequent land use types in Wallonia for evaluating the capacity of potential indicators to reflect these services through biota and biotic process (with benefits such as the production of food or fiber as well as maintaining a healthy environment). The inventory of tools used for assessing the biological soil quality in neighbouring countries/regions underlines that several European countries- including the Netherlands, Switzerland, France, the United Kingdom, Germany, Italy, Austria, Hungary, Czech Republic - have followed a broadly similar approach for developing indicators and establishing a monitoring network of the biological soil quality and / or soil biodiversity within a national scope. These approaches proceed by successive stages: definition of the objectives of the monitoring network, suggestion of indicators (literature revue), pre-selection of indicators, test of indicators and data acquisition (reference values). The established networks pursue strategic monitoring and / or prevention objectives, as well as scientific objectives such as data acquisition on the biological component of soils and its specific functions. Currently, only the Netherlands has a functional monitoring network at national level. Networks in other countries are either at the stage of test, or functional at the regional scale. The integration of the literature review and the inventory in neighboring countries/region, revealed that biological indicators of soil quality are mostly microbial parameters. Faunal parameters are less frequently used. Results also highlighted that the framework for developing a soil monitoring network in the Wallonia requires a clear definition of the objectives pursued by the legislator. Taking into account the literature review, the criteria of relevance, applicability and methodology, combined with the use of the indicator in existing networks and the consultation of reference books, we highlight six microbial parameters relevant in the context of soil quality in Wallonia, taking into account three major land use types (agriculture, forestry and urban). They are the microbial biomass, parameters related to the activity of soil microorganisms, namely basal respiration and net nitrogen mineralization, and ecophysiological indices. We recommend the study of functional diversity rather than structural diversity, because the link between microbial community structure and function is not yet well established. These parameters are also commonly used or recommended as biological indicators of soil quality in different soil monitoring networks. In line with the recommendations of the European Union, suggesting the integration of faunal parameters such as biological regulators (nematodes or collembola) and ecosystem engineers (earthworms) in soil monitoring programs, we suggest the number and biomass of earthworms , because of its simplicity in comparison to the study of soil fauna in taxonomic level. The application and policy development under the decree on soil management requires the establishment of indicators (including biological indicators) on soil quality. Currently, no Belgian / Walloon study exist on soil quality in our country / region. Other European countries (The Netherlands, Germany, Italy, Czech Republic, Hungary, Austria, ....) have begun setting up the monitoring of soil quality involving biological indicators. In relation to operational plans outlined by the ‘Plan d’Environnement pour le Développement Durable’ (Environmental Plan for Sustainable Development) in 1995, which intends “to improve the knowledge and the monitoring of soil quality”, it is clear from the inventory in neighboring countries that the establishment of a functional monitoring network is a slow process, spreading out over 10 to 15 years. However, experience- particularly in Great Britain- also reveals that a monitoring network can be initiated realtively easily, with a limited number of indicators and sampling points, and subsequently become more complex by integrating research results and from method standardization. Based on the evidence provided by the outcome of literature review and the inventory of tools used in neighboring countries, it is now possible to define the basic principles of a first monitoring network and define the basis and working methodology to consolidate and extent this first network.Appréciation des indicateurs biologiques comme outils d'évaluation de la qualité du so

Stabilit structurale du sol et activit racinaire: dynamique del' tat structural d'un sol limoneux (Udalf) sous l'effet de la croissance et.

SIGLEBSE B223896Q / UCL - Université Catholique de LouvainBEBelgiu

Elements du diagnostic histopathologique differentiel des principales affections respiratoires de la poule

Des lots de poulets SPF ont étéinfectés respectivement à L'aide de cinq souches de virus de la Maladie de Newcastle, une souche d'Adénovirus, quatre souches de Virus de la Bronchite Infectieuse Aviaire, une souche de Mycoplasma Gallisepticum et, enfin, à L'aide de Virus de la Bronchite Infectieuse et de Mycoplasmes. Des examens histologiques, destinés á préciser les lésions propres à chaque affection, ont été pratiqués sur les trachées et poumons, prélevés á intervalles réguliers. Les lésions trachéales revêtent à certains moments de leur évolution une spécificité suffisante pour permettre un diagnostic étiologique différentiel. La Maladie de Newcastle se caractérise par une trachéite nécrosante et hémorragique. Les Adenovirus induisent des lesions dégénératives des cellules épithéliales, avec des inclusions intranucléaires basophiles, et une légére infiltration lymphohistiocytaire de la muqueuse trachéale. La Bronchite Infectieuse se caractérise par une forte hyperplasie des cellules épithéliales de la trachée. Dans la Mycoplasmose, la lamina propria est infiltrée massivement par des cellules lymphoïdes et des histiocytes. L'infection mixte à Mycoplasmes et Virus de la Bronchite Infectieuse se caractérise par la presence simultanée d'importantes lésions d'hyperplasie épithéliale et d'infiltration lymphohistiocytaire massive de la muqueuse trachéale. © 1977, Taylor & Francis Group, LLC. Alle Rechte vorbehalten.SCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe

Maladie De Gumboro: Distribution Et Persistance Du Virus Chez Le Poussin Inocule. Etudes Sur La Transmission De La Maladie

Les auteurs étudient la distribution, la concentration et la persistance du virus de la maladie de Gumboro dans les organes lymphoïdes des poussins inoculés, ainsi que les facteurs de transmission de la maladie. Le virus se multiplie uniquement dans la bourse de Fabricius où il provoque la dégénérescence et la nécrose des cellules lymphoïdes. II persiste 10 jours dans cet organe et les plus hautes concentrations virales sont observées du 4éme au 8éme jour après l'inoculation. Le virus n'est retrouve dans la rate et le thymus que pendant la phase de virémie à une concentration trés faible. Les poussins inoculés éliminent le virus dans leurs excréments pendant les premiers jours de l'infection. La maladie est transmise aux poulets réceptifs par contact direct avec des animaux inoculés depuis 4, 10 et 14 jours. La litière des poussins infectés, dont le titre infectieux reste élevé pendant 30 jours, contient encore des particules virales 60 jours après sa contamination. © 1976, Taylor & Francis Group, LLC. Alle Rechte vorbehalten.SCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe