Les métaux dans les bassins autoroutiers du Sud-Est de la France. Potentialités de dépollution...

Thèse présentée par

Frédéric TRIBOIT

le 29 juin 2009

à l’UNIVERSITE DE PROVENCE

AIX-MARSEILLE I

Les métaux dans les bassins autoroutiersdu Sud-Est de la France

Potentialités de dépollution des eaux et des sédiments par les plantes

Biomarqueurs et Bioindicateurs Environnementaux

Contexte de l’étude• Assainissement routier• TechnotopesMatériel et méthodes• Sélection des bassins• Méthodes d’analysePrincipaux résultats

Fonctionnement des bassins• Comparaison des bassins• Colonisation végétale• Effet de l’échelle de temps sur les paramètres

physicochimiques de l’eauRépartition des métaux

• Contamination des sédiments• Biodisponibilité dans l’eau interstitielle• Teneurs dans les plantesConclusionsPerspectives

Contextede

l’étude

Assainissement routier

Assainissement routier

Assainissement routier

Réseau de collecte

Bassin

Boues de l’assainissement

routier :• Gisement

– Volumineux– Epars– Coûteux

• Caractéristiques– Minéral– Contaminant inorganique

• La valorisation reste à développer

Assainissement routier

Volume mort

Assainissement routier

Bassin =Technotope

Technotopes

SuccessionHydrarche

(humidité décroissante)

Modèle

Phytoremédiation

Actions des plantes• Air• Eau• Sédiment• µ-organismes

Technologies• Rhizofiltration• Phytostabilisation• Rhizodégradation• Phytoextraction

• Phycoremédiation(John, 2006)

1. Facteurs abiotiques structurant le fonctionnement des bassins

2. Potentialités de phytoremédiation des effluents routiers et des sédimentsa. Nature du sédiment et quantification du degré de

contamination (inorganique)b. Evaluation de la proportion de cette contamination

qui peut-être traitée(extraction, immobilisation) par les plantes

3. Propositions de gestion des bassins en tenant compte de la végétation

Attentes d’ASF : potentialités de phytoremédiation des bassins ?

Objectifs de la thèse

Démarches de l’étude

Matérielset

méthodes

Sélection des bassins

Méthodes d’analyses

Méthodes d’analyses

Méthodes d’analyses

Méthodes d’analyses

Méthodes d’analyses

Principaux résultats

Fonctionnementdes bassins

Comparaison des bassins

Ils sont très hétérogènes :• Contraintes locales• contingence

Les bassins sont conçus à partir des règles de l’art et selon le critère de sensibilité du milieu

Colonisation végétaledes bassins

Colonisation végétaledes bassins

Effet de l’échelle de temps sur les paramètres physico-chimiques de l’eau

Composition ionique de l’eauDiagrammes de Stiff (Meq.L-1)

Valeurs : concentration totale en solutés (mg.L-1)

2005-2006 : Contamination en Chlorures de sodium (salage hivernal)2006-2007 : Eaux bicarbonatées calciques (eaux de référence)2007-2008 : Contamination en sulfates (sources agricoles ?, salage ?)

Effet de l’échelle de temps sur les paramètres physico-chimiques de l’eau

Assèchement

Assèchement

Paramètres physico-chimiques de l’eauEnregistrés en continu (1/heure)

Effet de l’échelle de temps sur les paramètres physico-chimiques de l’eau

Paramètres physico-chimiques de l’eauEnregistrés en continue (1/heure)

Effet de l’échelle de temps sur les paramètres physico-chimiques de l’eau

Fonctionnementdes bassins

Bilan partiel

• Grande hétérogénéité structurelle des bassins- pas de modèle unique- peu comparables

• Colonisation spontanée par une flore des zones humides temporaires

- succès colonisateur des Chara sp.- évolution en cours (compétition)

• Effet de l’échelle de temps sur les paramètres physico-chimiques de l’eau :

- hydropériode- saison- rythme circadien- évènements brefs et stochastiques (pluies)

Répartition de lacontamination métallique

Teneurs en ETM totaux dans le sédiment

Zn > Cu > Pb > Cd :conforme aux sources potentielles

en domaine routier

Liaisons ETM-matière organique :• GRE, KRB = enrichissement relatif + élevé• Complexation

Teneurs en ETM dans l’eau interstitielle (DGT)

Interactions des effets (temps/rhizosphère)• Biomasse des charas (?)

Zn > Cu > Pb > CdGrande variabilité de la mesure selon :• Réplicats = sensibilité, spéciation• Bassin =MRA > GR_• Rrhizosphère = R+ > R-• Temps = tendance ?

Teneurs en ETM dans les plantes

Typha :• Pas de distinction

rhizomes / racines• Lavage• Faible accumulation

Fe > Mn > Zn > Cu> Pb > Cd non essentiels

Grande variabilité selon :• L’élément• L’espèce• L’organe

Chara :• Peu de références• Faibles

concentrations• Temporarité

Teneurs en ETM dans les plantes

Bilan partiel

Coefficients de distributionde la contamination métallique

- faible labilité vers l’eau interstitielle- faible biodisponibilité- faible accumulation dans les plantes

Interactions plantes – sédiment - ETM

Interactions plantes – sédiment - ETM

Interactions plantes – sédiment - ETM

Interactions plantes – sédiment - ETM

Conclusions

1. Fonctionnement des bassins :1. Le volume mort est déterminant dans le

fonctionnement des bassins2. le temps en eau et les phases d’assèchement

structurent la flore spontanée de macrophytes2. Potentialités de phytostabilisation des

sédimentsa. Sédiment contaminés en Zn > Cu > Pb >Cdb. Peu labiles et peu biodisponiblesc. Complexés avec la matière organiqued. Non re-mobilisés par les plantese. Phytoextraction -> phytostabilisation

3. Propositions de gestion / conception des bassins en tenant compte de la végétationa. Plantes : favoriser ou éradiquer ?b. Volume mort : absent, temporaire ou permanent ??

Réponses aux questions posées

Perspectives

Circulation des ETM en domaine routier

Circulation des ETM en domaine routier

Circulation des ETM en domaine routier

Circulation des ETM en domaine routier

Limites du bassin multi-fonctions

Limites du bassin multi-fonctions

Limites du bassin multi-fonctions

Limites du bassin multi-fonctions

Merci de votre attention