Nickel and others trace metal elements (Co, Cr, Cu and Mn) dynamic in ultramafic mining materials

Une solution pour stabiliser les résidus d’extraction minière de latérites nickélifères est de les végétaliser avec des plantes natives de ces sols ultramafiques. L’objectif de cette thèse était d’étudier la réactivité géochimique des stériles miniers nickélifères des massifs de Niquelândia et Barro Alto (Goiás) dans l’optique de mettre en œuvre ce procédé de revégétalisation.La minéralogie et la réactivité des phases porteuses d’ETM dans les stériles ont été déterminées. L’influence du transport et de la composition de la solution au contact du stérile sur la mobilisation du Ni ont ensuite été étudiées par des expériences en colonne saturée et insaturée. Enfin, la comparaison de la composition de la solution circulant dans les sols naturels ultramafiques avec celle circulant dans des parcelles expérimentales de minerais types a permis d’obtenir une première évaluation de l’adaptabilité des plantes aux stériles.Deux phases majeures sont présentes dans les stériles : un matériau garniéritique, principalement composé de smectites ferrifères riches en Ni échangeable (1230 mg kg-1) ; et un matériau limonitique, principalement composé de goethite, pauvre en nickel mobile, mais riche en Cr(VI) échangeable (980 mg kg-1) complexé en sphère interne à la surface des goethites. Goethite et smectite ont servi de modèles pour affiner la détermination des mécanismes impliqués dans la mobilisation du nickel (modélisation PHREEQC). Outre les réactions de complexation de sphère externe et interne cette étude montre que la dissolution des phases minérales (phyllosilicates, oxydes de fer et de manganèse) et l’adsorption des complexes métal-(citrate/EDTA) jouent un rôle important dans la composition de la solution dans les stérilesA way to ensure physical and chemical stability of mining spoils heaps from nickeliferous laterites is to revegetate them using the native vegetation of the ultramafic soils. The aim of this work was to study the geochemical reactivity of nickeliferous mining spoils of Niquelândia and Barro Alto complexes (Goiás) for the further application of such a revegetation process. Mineralogy and reactivity of TME bearing phases in the spoils were determined. The influence of transport and percolating solution composition on the Ni mobilisation were then studied using saturated and unsaturated column experiments. Finally, the comparison of the composition of solution circulating in natural ultramafic soils with those circulating in experimental plots composed of typical mining ores allowed us to have a first evaluation of the adaptability of natural vegetation to spoils. Two main phases are present in the spoils: a garnieritic spoil, mainly composed of ferruginous smectites enriched in exchangeable Ni (1230 mg kg-1); and a limonitic spoil, mainly composed of goethite with little mobile Ni but very high exchangeable Cr(VI) contents (980 mg kg-1) located as outer sphere complexes at the goethite surface. Synthetic goethite and purified smectite served as model phases to refine the characterisation of main reactive mechanisms implied in Ni mobilisation (PHREEQC modelling). Besides outer (smectite, garnierite) and inner (goethite, limonite) sphere complexation reactions, we showed that the dissolution of mineral phases (phylosilicates, goethite and manganese oxides) and the adsorption of metal-citrate or metal-EDTA complexes do have an important role in the composition of the solution circulating in the spoil

Dynamique du nickel et d'autres éléments en traces métalliques (Co, Cr, Cu et Mn) dans des matériaux miniers ultramafiques

A way to ensure physical and chemical stability of mining spoils heaps from nickeliferous laterites is to revegetate them using the native vegetation of the ultramafic soils. The aim of this work was to study the geochemical reactivity of nickeliferous mining spoils of Niquelândia and Barro Alto complexes (Goiás) for the further application of such a revegetation process. Mineralogy and reactivity of TME bearing phases in the spoils were determined. The influence of transport and percolating solution composition on the Ni mobilisation were then studied using saturated and unsaturated column experiments. Finally, the comparison of the composition of solution circulating in natural ultramafic soils with those circulating in experimental plots composed of typical mining ores allowed us to have a first evaluation of the adaptability of natural vegetation to spoils. Two main phases are present in the spoils: a garnieritic spoil, mainly composed of ferruginous smectites enriched in exchangeable Ni (1230 mg kg-1); and a limonitic spoil, mainly composed of goethite with little mobile Ni but very high exchangeable Cr(VI) contents (980 mg kg-1) located as outer sphere complexes at the goethite surface. Synthetic goethite and purified smectite served as model phases to refine the characterisation of main reactive mechanisms implied in Ni mobilisation (PHREEQC modelling). Besides outer (smectite, garnierite) and inner (goethite, limonite) sphere complexation reactions, we showed that the dissolution of mineral phases (phylosilicates, goethite and manganese oxides) and the adsorption of metal-citrate or metal-EDTA complexes do have an important role in the composition of the solution circulating in the spoilsUne solution pour stabiliser les résidus d'extraction minière de latérites nickélifères est de les végétaliser avec des plantes natives de ces sols ultramafiques. L'objectif de cette thèse était d'étudier la réactivité géochimique des stériles miniers nickélifères des massifs de Niquelândia et Barro Alto (Goiás) dans l'optique de mettre en oeuvre ce procédé de revégétalisation.La minéralogie et la réactivité des phases porteuses d'ETM dans les stériles ont été déterminées. L'influence du transport et de la composition de la solution au contact du stérile sur la mobilisation du Ni ont ensuite été étudiées par des expériences en colonne saturée et insaturée. Enfin, la comparaison de la composition de la solution circulant dans les sols naturels ultramafiques avec celle circulant dans des parcelles expérimentales de minerais types a permis d'obtenir une première évaluation de l'adaptabilité des plantes aux stériles.Deux phases majeures sont présentes dans les stériles : un matériau garniéritique, principalement composé de smectites ferrifères riches en Ni échangeable (1230 mg kg-1) ; et un matériau limonitique, principalement composé de goethite, pauvre en nickel mobile, mais riche en Cr(VI) échangeable (980 mg kg-1) complexé en sphère interne à la surface des goethites. Goethite et smectite ont servi de modèles pour affiner la détermination des mécanismes impliqués dans la mobilisation du nickel (modélisation PHREEQC). Outre les réactions de complexation de sphère externe et interne cette étude montre que la dissolution des phases minérales (phyllosilicates, oxydes de fer et de manganèse) et l'adsorption des complexes métal-(citrate/EDTA) jouent un rôle important dans la composition de la solution dans les stérile

The behaviour of Cr and Ni in mine spoils and topsoils before and during restoration steps

National audienceThe ecological restoration of Ni lateritic mines requires specific attention in order to address the following challenges: i) to identify the geochemically adapted endemic and native flora, ii) to construct Technosols with sufficient physical, chemical and biological fertility from mine wastes, iii) to re-integrate local and adapted flora in newly created soil covers, and iv) to prevent from the dissemination of toxic metals to adjacent environments. The acquired experience in different countries (Brazil, New Caledonia) provide examples that allows to draw the outline of a specific methodology to be used worldwide. Careful attention has to be given in restoration processes to the geochemical requirements of the flora (adapted to saprolite or to limonite) before planting Technosols. Vegetating mine spoils will avoid substantial leaching of toxic metals (e.g. Cr and Ni). Also, classical fertilization strategies that are usually applied to mine spoils during revegetation can prove to be risky in terms of metal leaching from soils. Finally, the careful management of Topsoils is also a key to the restoration success because they can bring the required fertility to Technosols built from saprolite and limonite materials

Field availability and mobility of metals in Ferralsols developed on ultramafic rock of Niquelândia, Brazil

International audienc

PromoSolsEduc: a tool for identification and valuation of educational resources on soil knowledge and preservation

International audienceThe french branch of the International Union of Soil Science, the ‘Association Française pour l’Étude du Sol’ (AFES) is a national society which aims to share knowledge about soils in order to contribute to the protection of this crucial resource. Among the various activities undertaken by AFES, the PromoSolsEduc project gathers and shares teaching material to improve soil education.The PromoSolsEduc project brings together a community of more than 80 scientists and teachers involved in the development of good practices in soil science education, through a network where they can discuss their experience, exchange on difficulties encountered and share solutions. This initiative is based on a multidisciplinary working group comprising members of AFES Board, soil researchers and engineers from various structures, teachers and soil education specialists.The first step was to compile, but also to evaluate existing resources (books, videos, web sites…) and to develop a search engine on the AFES’s website, allowing easier access to this material. In a second phase, a survey was conducted among education institutions, showing the great diversity of teachers engaged in the transfer of knowledge in soils sciences. Furthermore, this investigation revealed the specific needs of teachers, such as scientific support in order to access more efficiently complete and reliable teaching materials. This works led to a dynamic mapping of the key resource people in soil education. A new step has recently been reached with an interactive workshop where teachers pointed out difficulties, helping the AFES Board to plan future improvements of its website

Mobility of metals in nickel mine spoil materials

International audienceAn understanding of the biogeochemical behaviour of metals in mine spoil materials is a prerequisite to rehabilitate Ni mining sites. The objective of this study was to characterize the fate of metals in different Ni ore spoil materials as influenced by hydrological conditions and fertilisation practices. In tropical ultramafic complexes, the different stages of lateritic weathering lead to two types of ores, and therefore, to two spoil types. They are mainly either a clay-rich saprolite, so-called "garnierite", enriched in phyllosilicates, or a limonitic material, enriched in Fe oxides. Lysimeter columns were designed to monitor leaching waters through both spoil materials. The garnieritic spoil released higher concentrations of Mg (mean = 2.25 mg L-1), Ni (0.39 mg L-1) and Cr (1.19 mg L-1) than the limonitic spoil (Mg = 0.5 mg L-1; Ni = 0.03 mg L-1 and Cr = 0.25 mg L-1). Chromium was mainly in an anionic form in leaching solutions. As exchangeable pools of Cr(VI) in limonite (980 mg kg-1 of KH2PO4-extractable Cr) are considerable its release in water may still occur in the case of a pH increase. In mixed spoil, metal concentrations were almost as low as in the limonitic one. The effect of mineral-N fertilisation was a strong release of cations (Ni, Mg) into the leachate. Phosphate amendment did not affect the soil solution composition under experimental conditions

Recommandations méthodologiques pour le montage de projets collaboratifs entre auteurs de la Recherche et des Territoires.

L’objectif de ce travail est de faciliter le montage de projets collaboratifs entre acteurs de la recherche (i), usagers des sols (ii) et acteurs publics ou privés des territoires (iii) pour une meilleure prise en compte des sols dans les territoires.Ce document s’adresse à deux types de lecteurs : les experts de la recherche et des territoires susceptibles de s’impliquer dans l’élaboration de projets partenariaux sur un ou plusieurs enjeux (facilitateurs, porteurs et acteurs de projets) et les financeurs potentiels de tels appels à projets, avec parfois des rubriques spécifiques aux uns ou aux autres.Le groupe a également réalisé un poster en anglais sur ce travail

Sciences et recherches participatives sur les sols en France Bilan et perspectives

International audienceregarding citizen science. They are touchable and many observa-tions can be proposed on them. They are included in multiple public policies (agroecology, bio-diversity, food, climate...). They integrate numerous impacts of human activities. Their diverse properties, physical, chemical and biological ones, to qualify soils can provide the researcher, rich and original data and the citizen who embarks, a journey of discovery. Despite that, for non-experts, working on soil remains more difficult than working on other environmental com-ponents (plants, insects, rivers…). The objective of this article is to provide i) an inventory of the projects of citizen science on soils in France from a survey of the project leaders, ii) a presenta-tion of five pilot projects, iii) lessons learned from a workshop mixing scientists and non-scientists involved in these projects. Twenty projects have been inventoried, all fairly young (the majority are less than 5 years old), mostly on soil biology and on agricultural land use. They are mainly managed by research, with the contribution of diverse partners of the society who are involved in a part of the project, most often soil data collecting. Co-building protocols, interpre-tation and feedback to non-scientists are still under developed. Five examples illustrate the diversity of the projects. This first evaluation of the projects on soil citizen science will contrib-ute to increase exchanges between projects up to create a community or a network on such transdisciplinary approach on soil.Les approches de sciences et recherches participatives (SRP) se développent, avec de plus en plus d’initiatives sur les sols. Ceux-ci sont des objets originaux vis-à-vis des SRP. Ils sont touchables, manipulables, l’enjeu de multiples politiques publiques (agroécologie, biodiversité, alimentation, climat…), intégrateurs de nombreux impacts des activités humaines. Les propriétés physiques, chimiques, biologiques pour les qualifier peuvent amener au chercheur une richesse d’information et au citoyen qui s’y engage un parcours de découverte. Les sols restent néanmoins plus difficiles à appréhender par des non-spécialistes que d’autres éléments de l’environnement (plantes, insectes, cours d’eau, …). L’objectif de cet article est de faire un état des lieux des SRP sur les sols en France, à partir i) de la présentation d’une enquête auprès de porteurs de projet à l’échelle nationale, ii) de la présentation de quelques projets pilotes, enfin iii) des enseignements tirés d’un colloque réunissant la communauté. Les 20 projets identifiés sont tous assez récents (plus de la moitié a moins de 5 ans), principalement sur la biologie des sols, et sur les sols agricoles. Ils sont majoritairement portés par la recherche, associant des acteurs assez divers de la société, le plus souvent sur une partie du projet, celle de la collectede données. La co-construction des protocoles, de l’interprétation, du retour vers les non scientifiques est encore peu développée. Cinq exemples illustrent la diversité des projets. Ce premier bilan doit permettre une plus grande mutualisation des projets, voire la création d’une communauté et d’un réseau de travail sur ces travaux transdisciplinaires sur le sol

Sciences et recherches participatives sur les sols en France Bilan et perspectives

International audienceregarding citizen science. They are touchable and many observa-tions can be proposed on them. They are included in multiple public policies (agroecology, bio-diversity, food, climate...). They integrate numerous impacts of human activities. Their diverse properties, physical, chemical and biological ones, to qualify soils can provide the researcher, rich and original data and the citizen who embarks, a journey of discovery. Despite that, for non-experts, working on soil remains more difficult than working on other environmental com-ponents (plants, insects, rivers…). The objective of this article is to provide i) an inventory of the projects of citizen science on soils in France from a survey of the project leaders, ii) a presenta-tion of five pilot projects, iii) lessons learned from a workshop mixing scientists and non-scientists involved in these projects. Twenty projects have been inventoried, all fairly young (the majority are less than 5 years old), mostly on soil biology and on agricultural land use. They are mainly managed by research, with the contribution of diverse partners of the society who are involved in a part of the project, most often soil data collecting. Co-building protocols, interpre-tation and feedback to non-scientists are still under developed. Five examples illustrate the diversity of the projects. This first evaluation of the projects on soil citizen science will contrib-ute to increase exchanges between projects up to create a community or a network on such transdisciplinary approach on soil.Les approches de sciences et recherches participatives (SRP) se développent, avec de plus en plus d’initiatives sur les sols. Ceux-ci sont des objets originaux vis-à-vis des SRP. Ils sont touchables, manipulables, l’enjeu de multiples politiques publiques (agroécologie, biodiversité, alimentation, climat…), intégrateurs de nombreux impacts des activités humaines. Les propriétés physiques, chimiques, biologiques pour les qualifier peuvent amener au chercheur une richesse d’information et au citoyen qui s’y engage un parcours de découverte. Les sols restent néanmoins plus difficiles à appréhender par des non-spécialistes que d’autres éléments de l’environnement (plantes, insectes, cours d’eau, …). L’objectif de cet article est de faire un état des lieux des SRP sur les sols en France, à partir i) de la présentation d’une enquête auprès de porteurs de projet à l’échelle nationale, ii) de la présentation de quelques projets pilotes, enfin iii) des enseignements tirés d’un colloque réunissant la communauté. Les 20 projets identifiés sont tous assez récents (plus de la moitié a moins de 5 ans), principalement sur la biologie des sols, et sur les sols agricoles. Ils sont majoritairement portés par la recherche, associant des acteurs assez divers de la société, le plus souvent sur une partie du projet, celle de la collectede données. La co-construction des protocoles, de l’interprétation, du retour vers les non scientifiques est encore peu développée. Cinq exemples illustrent la diversité des projets. Ce premier bilan doit permettre une plus grande mutualisation des projets, voire la création d’une communauté et d’un réseau de travail sur ces travaux transdisciplinaires sur le sol