Transferts des métaux et métalloïdes dans le système sol-plante-atmosphère : mécanismes biogéochimiques et conséquences environnement-santé

Des pollutions des sols (péri)urbains et urbaines fortement peuplées en métaux et metalloïdes persistants (éco)toxiques sont couramment observées à l’échelle globale. Certains éléments (Se, Cu…) ont des rôles biologiques et par contre d’autres (Pb, Cd…) ont uniquement un impact (éco)toxique qui peut être influencé par leur spéciation et compartimentation qui modifient leurs transferts et biodisponibilité. Dans une optique de gestion des sols et d’alimentation durables, des questions scientifiques pluridisciplinaires sont à creuser concernant : (i) les mécanismes en jeu dans la biodisponibilité et l’impact sur les organismes vivants des éléments inorganiques en lien avec leur spéciation ; (ii) la co-gestion des risques environnement-santé induits par des installations industrielles classées : ICPE en France (ex. usine de recyclage de batteries) avec les riverains qui cultivent des potagers ou les employés. Dans ce contexte, ont été étudiés : (i) le transfert des métaux entre phase solide et solution du sol sous l’influence des vers de terre sur un site ICPE; (ii) le transfert et la bioaccessibilité du Se en conditions contrôlées pour 2 formes chimiques; (iii) le risque sanitaire pour les riverains d’un site ICPE qui jardinent, et les facteurs influant les plombémies des professionnels (étude statistique des données). Une review bibliographique de la qualité du manioc en lien avec les pratiques culturales et culinaires et les caractéristiques de l’environnement a finalement été réalisée pour compléter la démarche « Sciences et Société » de la thèse. L’analyse des différents isotopes du plomb dans les sols aux alentours de l’usine de recyclage a permis de conclure que 84 à 100% du plomb des sols de surface est d’origine anthropique. Un comportement d’évitement des zones les plus polluées en plomb a été observé pour l’espèce de vers de terre A. caliginosa. Le transfert racinaire, la translocation du sélénium vers le maïs et sa bioaccessibilité dans le grain sont plus élevés dans le cas du séléniate (facteur de translocation de 1.1, et bioaccessibilité humaine de 89,3%) par rapport au sélénite (0.13, et bioaccessibilité de 82,7%). L’étude de la qualité des cultures des jardins proches de l’usine (à Bazoches), en relation avec la qualité du sol (faible contamination, pH basique et teneur élevée en matières organiques qui réduisent les transferts) et de l’atmosphère a mis en évidence un transfert atmosphère-plante qui dépend du métal (le Cd est le plus biodisponible) et du végétal. Les concentrations en Pb et Cd suivent respectivement les séquences : [laitue>poireau>céleri>carotte] et [laitue>céleri>carotte>poireau]. Pour réduire l’exposition des populations, un lavage soigneux des productions avant la consommation est préconisé

Gestion agro-environnementale pragmatique des sites industriels pollués : favoriser les services écosystémiques et la dynamique collective

►Introduction : Les activités de recyclage des métaux participent à l’économie circulaire, mais elles ont également engendré des pollutions historiques persistantes des sols. Désormais, les émissions industrielles sont très contrôlées (meilleures techniques disponibles) et les citoyens riverains des sites ICPE sont particulièrement attentifs aux risques environnementaux et sanitaires. Dans ce contexte, certains gestionnaires de sites ICPE, tels que la STCM adoptent une démarche proactive de gestion des pollutions historiques : ils anticipent la réglementation et mettent en œuvre des démarches participatives de gestion du site avec les différents acteurs concernés. L’objectif de cette communication est de présenter un projet de « phytoremédiation pragmatique » mené sur le site de Bazoches (proche Orléans) par l’entreprise STCM en collaboration avec un agriculteur riverain et l’Axe Transition Ecologique du CERTOP. ►Mise en œuvre du projet : Le site STCM de Bazoches a fait l’objet de plusieurs projets de recherche (Leveque, 2015 et Foucault, 2014). Un fort gradient de concentrations en métaux (Pb, Cd) et metalloïdes (As, Sb..) dans les sols de surface (30 cm) existe, depuis le mur d’enceinte de l’usine (40000 mgPb/kg sol) vers le chemin à 140m de distance (100 mgPb/kg sol au correspond au fond géochimique régional naturel) qui sépare la parcelle STCM d’une parcelle cultivée en différentes céréales (blé, orge…). Cette pollution historique des sols de surface a pour origine des retombées atmosphériques de particules riches en métaux et des épandages d’eaux usées pendant plusieurs années puisque l’usine a été implantée en 1967. Une très faible migration des polluants depuis le sol de surface vers les horizons plus profonds est observée (30 cm pour le Pb en 50 ans d’activité de l’usine). Mais, cette pollution historique a un impact sur l’écosystème sol (dynamique des matières organiques et de la faune du sol) et une pollution diffuse aux particules fines riches en polluants peut influencer la qualité des végétaux cultivés aux abords de ce site. Un projet de gestion agro-environnementale du site a démarré en 2016 : A) Le site concerné ne fait pas l’objet d’une pression foncière, il est donc possible dans un premier temps de tester l’efficience une étape de phytoextraction des polluants en exportant de façon systématique dans une « zone de stockage » les tontes de végétaux qui poussent sur le site dans la zone comprise entre 140 et 100m de distance de l’usine. Les observations de terrain ont en effet permis de constater la présence de syllénes, plantes hyperaccumulatrices des métaux bien implantées sur le site. Cette étape pourrait être effectuée pendant 3 ans avec un suivi annuel des concentrations dans les partis des végétaux récoltées et dans les sols à t=0 et t=3 ans. Les résidus de végétaux riches en métaux seront stockés dans une zone de compostage créée aux abords du mur d’enceinte puis le compost serait incorporé au sol de surface de la zone 100m-80m de distance à l’usine. Les objectifs visés par cette méthode à moindre coût et qui utilise des plantes endogènes qui ont démontré leur capacité à pousser sur le site sont : -Réduire progressivement la zone de contamination des sols de surface autour de l’usine par la phytoextraction des métaux. -Partir de la zone la moins polluée et progresser vers la zone la plus polluée permet l’utilisation sur le site du compost riche en métaux issus du compostage des tontes. Le sol de la zone 100-80 enrichi en matières organiques sera aussi plus propice ensuite à la pousse des végétaux et à la vie biologique du sol. Ensuite, selon les résultats il pourrait être décidé : -de cultiver si besoin des plantes plus performantes pour la phytoextraction. -d’utiliser des acides organiques pour favoriser la solubilité des polluants inorganiques dans une démarche de phytoextraction assistée. B) Des haies d’arbres ont été plantées à 140 de distance de l’usine (zone considérée comme non polluée) pour réduire les transferts de particules, rendre visible les limites de la parcelle…. Ces aménagements ont pour objectif de réduire à moindre coût les transferts de particules de sol pollués et d’intercepter les particules. Les arbres et/ou haies doivent être choisis en termes de hauteur, d’adaptation au climat. ►Conclusions & Perspectives : L'étude de la végétation sur les sols fortement pollués apporte des données importantes pour l'amélioration des techniques de phytoremédiation. De nombreux auteurs ont souligné que la prairie métallophyte illustre l’adaptation de l'écosystème aux perturbations anthropiques (Austruy, 2012). Par exemple, l’espèce pseudo métallophyte, Silene vulgaris a été observée sur le site de Bazoches ainsi que sur l'ancien site industriel d’Auzon en Haute-Loire (Auvergne, France) présentant une forte pollution des sols (As, Sb, Cd, Cu et Pb). Le projet scientifique décrit permettra de tester en conditions de terrain l’efficacité de remédiation des plantes endogènes et surtout de créer des synergies avec les acteurs riverains du site. Par ailleurs, la STCM envisage de développer d’autres projets de gestion volontaire de ses environs et effluents. Par exemple sur Toulouse, la mise en place d’une zone pédagogique de phytoextraction est en discussion. Le traitement des eaux usées de l’entreprise est désormais pour partie assuré grâce à un dispositif innovant « le tapis biosorbant » à base d’écorces développé par PearL (Limoges)

Effet du Manganèse sur la Croissance de la Patate Douce (Ipomoea batatas L.) au Gabon

Soil contamination in the mining town of Moanda, in southwestern of Gabon, is characterized by high concentrations of Manganese. This work aims to analyze the impact of various manganese concentrations in soils on sweet potato growth and development. The plant's seeds were obtained on the local market. The stems were grown in greenhouses in 5 media, 4 of which were enriched with manganese and 1 not enriched. The manganiferous effect was assessed by measuring biochemical and physico-chemical parameters (total chlorophyll, dry matter, total sugars). The effects of the 5 treatments were compared on the Statistica 7.2. software from an Anova. The results show that high concentrations (25%, 50%, 75% and 100%) affect the morphometric characteristics of the sweet potato. Concentrations at 25% Mn increase the parameters and decrease them to 50% and 75% Mn, compared to the control. The 100% Mn concentrations totally inhibit the growth and development of the sweet potato.La contamination des sols de la ville minière de Moanda, au Sud-Est du Gabon est caractérisée par de fortes concentrations de manganèse. De ce fait, ce travail vise à analyser l’impact de diverses concentrations de manganèse dans les sols sur la croissance et le développement de la patate douce. Les semences de la plante ont été obtenues sur le marché local. Les tiges ont été cultivées en serre sur 5 milieux dont 4 enrichis en manganèse et 1 non enrichi. L’effet manganifère a été évalué par la mesure des paramètres biochimiques et physico-chimiques (chlorophylle totale, matière sèche, sucres totaux). Les effets des 5 traitements ont été comparés sur le logiciel Statistica 7.2. à partir d’une Anova. Les résultats montrent que les fortes concentrations (25% ,50%, 75% et 100%) affectent les caractéristiques morphométriques de la patate douce. Les concentrations à 25% de Mn entraînent une augmentation des paramètres et une diminution de ces derniers à 50% et 75% de Mn, par rapport au témoin. Les concentrations à 100% de Mn inhibent totalement la croissance et le développement de la patate douce

Bioaccessibility of selenium after human ingestion in relation to its chemical species and compartmentalization in maize

International audienceSelenium is a micronutrient needed by all living organisms including humans, but often present in low concentration in food with possible deficiency. From another side, at higher concentrations in soils as observed in seleniferous regions of the world, and in function of its chemical species, Se can also induce (eco)toxicity. Root Se uptake was therefore studied in function of its initial form for maize (Zea mays L.), a plant widely cultivated for human and animal food over the world. Se phytotoxicity and compartmentalization were studied in different aerial plant tissues. For the first time, Se oral human bioaccessibility after ingestion was assessed for the main Se species (SeIV and SeVI) with the BARGE ex vivo test in maize seeds (consumed by humans), and in stems and leaves consumed by animals. Corn seedlings were cultivated in hydroponic conditions supplemented with 1 mg L−1 of selenium (SeIV, SeVI, Control) for 4 months. Biomass, Se concentration, and bioaccessibility were measured on harvested plants. A reduction in plant biomass was observed under Se treatments compared to control, suggesting its phytotoxicity. This plant biomass reduction was higher for selenite species than selenate, and seed was the main affected compartment compared to control. Selenium compartmentalization study showed that for selenate species, a preferential accumulation was observed in leaves, whereas selenite translocation was very limited toward maize aerial parts, except in the seeds where selenite concentrations are generally high. Selenium oral bioaccessibility after ingestion fluctuated from 49 to 89 % according to the considered plant tissue and Se species. Whatever the tissue, selenate appeared as the most human bioaccessible form. A potential Se toxicity was highlighted for people living in seleniferous regions, this risk being enhanced by the high Se bioaccessibility

Transitions organisationnelles et écologiques induites par une prise en compte renforcée de "l’après-mine"

International audienc

Création d’un groupe de travail « Enseignement-Recherche » Franco-Gabonais sur la qualité des sols

International audienceLe travail en réseau à l’international est courant en ce qui concerne les activités de recherche des universitaires. Il est beaucoup moins mis en œuvre pour les activités d’enseignement. Pourtant dans les domaines de l’environnement, de l’agronomie, de la gestion des risques liés aux pollutions, confronter les divers savoirs et savoir-faire apparait indispensable. Former des scientifiques pointus dans un domaine est en effet un challenge qui reste d’actualité mais il apparait aussi important de former les jeunes scientifiques aux valeurs d’ouverture, de solidarité et d’éthique afin de promouvoir la réduction des inégalités écologiques à l’échelle globale. Dans ce contexte, a été créé en octobre 2016, au terme des trois années de thèse de Stéphane Mombo (INPT, 2016), un Groupe de travail (GT) « Enseignement-Recherche » Franco-Gabonais sur la qualité des sols. Sont impliqués, des enseignants de l’Université des Sciences et Techniques de Masuku (USTM) Franceville-Gabon, de l’université de Toulouse (Pr Dumat C., INPT, CERTOP ; Dr Schreck E., UPS, GET) et de l’Université d’Orléans (Pr Motelica-Heino M.). L’objectif est de favoriser des enseignements et des recherches avec une vision plus globale, une expertise plus complète et une entraide mutuelle franco-gabonaise. Une collaboration scientifique a démarré entre l’USTM, l’INPT, l’UPS et l’Université d’Orléans dans le cadre de la thèse de S. Mombo concernant : « Transferts des métaux et métalloïdes dans le système sol-plante-atmosphère : mécanismes biogéochimiques et conséquences environnement & santé. » soutenue le 27 Octobre 2016 à Toulouse. Des Enseignants de l’USTM (Pr N. Lepengue, Dr L. Mombo) et de l’Université de Toulouse en l’occurrence, Pr Camille Dumat ont alors discuté des collaborations enseignements et recherche à mettre en place pour continuer les interactions fructueuses amorcées. Le GT ainsi créé a reçu le soutien, de la Ministre de l’Education nationale du Gabon (Mme Denise MEKAM'NE)

Gestion agro-environnementale pragmatique des sites industriels pollués : favoriser les services écosystémiques et la dynamique collective

International audience►Introduction : Les activités de recyclage des métaux participent à l’économie circulaire, mais elles ont également engendré des pollutions historiques persistantes des sols. Désormais, les émissions industrielles sont très contrôlées (meilleures techniques disponibles) et les citoyens riverains des sites ICPE sont particulièrement attentifs aux risques environnementaux et sanitaires. Dans ce contexte, certains gestionnaires de sites ICPE, tels que la STCM adoptent une démarche proactive de gestion des pollutions historiques : ils anticipent la réglementation et mettent en œuvre des démarches participatives de gestion du site avec les différents acteurs concernés. L’objectif de cette communication est de présenter un projet de « phytoremédiation pragmatique » mené sur le site de Bazoches (proche Orléans) par l’entreprise STCM en collaboration avec un agriculteur riverain et l’Axe Transition Ecologique du CERTOP. ►Mise en œuvre du projet : Le site STCM de Bazoches a fait l’objet de plusieurs projets de recherche (Leveque, 2015 et Foucault, 2014). Un fort gradient de concentrations en métaux (Pb, Cd) et metalloïdes (As, Sb..) dans les sols de surface (30 cm) existe, depuis le mur d’enceinte de l’usine (40000 mgPb/kg sol) vers le chemin à 140m de distance (100 mgPb/kg sol au correspond au fond géochimique régional naturel) qui sépare la parcelle STCM d’une parcelle cultivée en différentes céréales (blé, orge…). Cette pollution historique des sols de surface a pour origine des retombées atmosphériques de particules riches en métaux et des épandages d’eaux usées pendant plusieurs années puisque l’usine a été implantée en 1967. Une très faible migration des polluants depuis le sol de surface vers les horizons plus profonds est observée (30 cm pour le Pb en 50 ans d’activité de l’usine). Mais, cette pollution historique a un impact sur l’écosystème sol (dynamique des matières organiques et de la faune du sol) et une pollution diffuse aux particules fines riches en polluants peut influencer la qualité des végétaux cultivés aux abords de ce site. Un projet de gestion agro-environnementale du site a démarré en 2016 :A) Le site concerné ne fait pas l’objet d’une pression foncière, il est donc possible dans un premier temps de tester l’efficience une étape de phytoextraction des polluants en exportant de façon systématique dans une « zone de stockage » les tontes de végétaux qui poussent sur le site dans la zone comprise entre 140 et 100m de distance de l’usine. Les observations de terrain ont en effet permis de constater la présence de syllénes, plantes hyperaccumulatrices des métaux bien implantées sur le site. Cette étape pourrait être effectuée pendant 3 ans avec un suivi annuel des concentrations dans les partis des végétaux récoltées et dans les sols à t=0 et t=3 ans. Les résidus de végétaux riches en métaux seront stockés dans une zone de compostage créée aux abords du mur d’enceinte puis le compost serait incorporé au sol de surface de la zone 100m-80m de distance à l’usine. Les objectifs visés par cette méthode à moindre coût et qui utilise des plantes endogènes qui ont démontré leur capacité à pousser sur le site sont :-Réduire progressivement la zone de contamination des sols de surface autour de l’usine par la phytoextraction des métaux.-Partir de la zone la moins polluée et progresser vers la zone la plus polluée permet l’utilisation sur le site du compost riche en métaux issus du compostage des tontes. Le sol de la zone 100-80 enrichi en matières organiques sera aussi plus propice ensuite à la pousse des végétaux et à la vie biologique du sol. Ensuite, selon les résultats il pourrait être décidé :-de cultiver si besoin des plantes plus performantes pour la phytoextraction.-d’utiliser des acides organiques pour favoriser la solubilité des polluants inorganiques dans une démarche de phytoextraction assistée.B) Des haies d’arbres ont été plantées à 140 de distance de l’usine (zone considérée comme non polluée) pour réduire les transferts de particules, rendre visible les limites de la parcelle…. Ces aménagements ont pour objectif de réduire à moindre coût les transferts de particules de sol pollués et d’intercepter les particules. Les arbres et/ou haies doivent être choisis en termes de hauteur, d’adaptation au climat. ►Conclusions & Perspectives : L'étude de la végétation sur les sols fortement pollués apporte des données importantes pour l'amélioration des techniques de phytoremédiation. De nombreux auteurs ont souligné que la prairie métallophyte illustre l’adaptation de l'écosystème aux perturbations anthropiques (Austruy, 2012). Par exemple, l’espèce pseudo métallophyte, Silene vulgaris a été observée sur le site de Bazoches ainsi que sur l'ancien site industriel d’Auzon en Haute-Loire (Auvergne, France) présentant une forte pollution des sols (As, Sb, Cd, Cu et Pb). Le projet scientifique décrit permettra de tester en conditions de terrain l’efficacité de remédiation des plantes endogènes et surtout de créer des synergies avec les acteurs riverains du site. Par ailleurs, la STCM envisage de développer d’autres projets de gestion volontaire de ses environs et effluents. Par exemple sur Toulouse, la mise en place d’une zone pédagogique de phytoextraction est en discussion. Le traitement des eaux usées de l’entreprise est désormais pour partie assuré grâce à un dispositif innovant « le tapis biosorbant » à base d’écorces développé par PearL (Limoges)

A socio-scientific analysis of the environmental and health benefits as well as potential risks of cassava production and consumption

International audienceDue to its high adaptability, cassava (Manihot esculenta Crantz) is one of the world’s most cultivated andconsumed plants after maize and rice. However, there are relatively few scientific studies on this important crop. The objective of this review was therefore to summarize and discuss the available information on cassava cropping in order to promote sustainable practices in terms of production and consumption. Cassava cultivation has been expanding recently at the global scale and is widely consumed in most regions of South America, Africa, and Asia. However, it is also characterized by the presence in its roots of potentially toxic hydrocyanic acid. Furthermore, cassava can also absorb pollutants as it is currently cultivated near roads or factories and generally without consideration for potential sources of soil, water, or atmospheric pollution. Careful washing, peeling, andadequate preparation before eating are therefore crucial steps for reducing human exposure to both environmental pollutants and natural hydrocyanic acid. At present, there is not enough precise data available on this staple food crop. To improve our knowledge on the nutritive benefits versus health risks associated with cassava consumption, further research is necessary to compare cassava cultivars and precisely study the influence of preparation methods