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Biodisponibilit é et biod é gradation des HAP dans la rhizosph è re Corinne LEYVAL Laboratoire des Interactions Microorganismes -Minéraux-Matière Organique dans les Sols. Contexte. -Milliers d’hectares de friches (plus de 6 000 ha en Lorraine) -Multip ollution organique (HAP)

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Presentation Transcript

  1. Biodisponibilité et biodégradation des HAP dans la rhizosphèreCorinneLEYVALLaboratoire des Interactions Microorganismes -Minéraux-Matière Organique dans les Sols

  2. Contexte -Milliers d’hectares de friches (plus de 6 000 ha en Lorraine) -Multipollution organique (HAP) et métallique (ETM) Les techniques de traitement (désorption thermique) réduisent mais n’éliminent pas complètement pas la pollution (ETM) La présence de plante (rhizosphère) augmente la dissipation des HAP dans la rhizosphère, mais peu d’études in situ -Nécessité de prendre en compte l’ensemble des polluants présents, leur toxicité et leur biodisponibilité

  3. Objectifs Quantifier in situ le devenir des HAP dans la rhizosphère, en interaction avec les autres polluants (organiques et métalliques) et les conséquences de leur présence dans les systèmes sol-plante Approche multidisciplinaire: caractérisation exhaustive des polluants flux et transferts de polluants biodisponibilité, toxicité fonctions microbiennes (gènes de dégradation des HAP) modélisation

  4. Partenaires • LIMOS (UHP/CNRS, Nancy) : diversité bactérienne, plante-mycorhize Thierry Beguiristain, Aurélie Cébron, Marie-Paule Norini, Corinne Leyval G2R (UHP/CNRS, Nancy) : caractérisation des fractions organiques Coralie Biache, Pierre Faure LIEBE (univ. Metz/CNRS) : écotoxicité, colonisation végétale spontanée Jean-François Masfaraud, Paule Vasseur LSE (INPL/INRA, Nancy) : fonctionnement agronomique, biodisponibilité, plante hyperaccumulatrice Stéphanie Ouvrard •LSGC (INPL/CNRS): modélisation Marie-Odile Simonnot • GISFI: Noele Raoult

  5. Le site expérimental Ancienne cokerie de Homécourt

  6. Dispositifde ParcellesLysimétriques

  7. Dispositif de 24 parcelles lysimétriques 2 1 4 3 TN Terre Nue 8 7 6 5 Végétation spontanée VS 12 11 10 9 Sol NM brut contamination ancienne en HAP Thlaspi caerulescens Tc 16 15 14 13 Ms Medicago sativa Ms m Medicago sativa mycorhizée 20 19 18 17 Medicago sativa Sol NM TD ayant subi un traitement de thermo-désorption (500°C) TD 24 23 22 21

  8. Plantes et terre (2/an) • croissance • teneurs en métaux • HAP, hydrocarbures aliphatiques, aromatiques, composées polaires • diversité microbienne (16S, gène de dégradation) • écotoxicité • colonisation végétale spontanée • Solutions (épisodes pluvieux) •pH, Eh, O2 dissout, conductivité, mat. en suspension •HAP et autres composés organiques métaux •écotoxicité Prélèvements et analyses Deux prélèvements/an: T0:Sept 2005 T1 Mai 2006 T2: Sept 2006 T3: Mai 2007 T4:Sept 2007

  9. Caractérisation des terres étudiées

  10. Bilan des volumes percolés

  11. Modèle hydrique de la parcelle pluie évapotranspiration transport de l’eau transfert d’eau vers les racines convection-diffusion rétention d’eau Calcul avec HYDRUS 1D Exemple : sol nu

  12. Analyse des 16 HAP dans les terres au cours du temps T0 - Septembre 2005 T1 - Mai 2006 T2 - Septembre 2006 3000 T3 - Mai 2007 2500 2000 1500 µg.g-1 de sol sec 1000 500 0 Thlaspi Luzerne Terre nue Thermo- désorption Végétation spontanée Luzerne mycorhizée

  13. Evolution des différentes familles de composés organiques (%) 100% 80% 60% 40% 20% 0% T0 T1 T2 T3 R 100% Ar 80% S 60% 40% As T0 T1 T2 T3 20% 0% T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2 T3 R Ar S As Thlaspi Luzerne Végétation spontanée Luzerne mycorhizée Terre nue Thermodésorption As: asphaltènes,S: hydrocarbures saturés, Ar: hydr.aromatiques, R: résines

  14. Evolution de la communauté bactérienne totale et des bactéries dégradant les HAP 109 108 107 106 Nombre de copies de gène/ g de sol sec 105 104 t0 t1 t2 t3 t0 t1 t2 t3 t0 t1 t2 t3 t0 t1 t2 t3 Terre Nue Végétation spontanée Medicago sativa Medicago sativa Sol NM TD Sol NM brut Quantification par PCR en temps réel du nombre de copies de gènes 16S (bactéries totales) et HAP-dioxygénase (bactéries capables de dégrader les HAP)

  15. Pourcentage de bactéries capables de dégrader les HAP par rapport à la communauté bactérienne totale 1.5% HAP-dioxygénase Gram - 1% 0.5% 0% t0 t1 t2 t3 t0 t1 t2 t3 t0 t1 t2 t3 t0 t1 t2 t3 % du nombre de copies de gènes de HAP-dioxygénase par rapport au nombre de copies de gène d’ADNr 16S HAP-dioxygénase Gram + 1.5% 1% 0.5% 0% t0 t1 t2 t3 t0 t1 t2 t3 t0 t1 t2 t3 t0 t1 t2 t3 Végétation spontanée Medicago sativa Medicago sativa Terre Nue Sol NM brut Sol NM TD

  16. Ecotoxicité Sur les sols: -sur végétaux (avoine et choux): faible toxicité (plus importante du sol traité par désorption thermique) - sur vers de terre aucune mortalité des vers mais reproduction faiblement diminuée (46%) avec le sol NM, et un peu moins pour DT (33%). -sur la reproduction des collemboles pas de toxicité avec les deux sols initiaux, mais tendance à une reproduction plus faible avec les modalités plantées (MS et MSm) Sur les percolats: -pas de toxicité aigüe sur Microtox et sur les daphnies depuis avril 2006, -pas de génotoxicité sur Vicia faba (avril et mai 2006) -un effet mutagène avec certains percolats (test d’Ames), mais pas avec le test Umu sur S.thyphimurium (ISO), moins sensible -mais toxicité élevée sur les algues pour l’ensemble des échantillons des parcelles NM pour tous les prélèvements, et qui tend à augmenter au cours du temps -toxicité élevée sur la reproduction des Cériodaphnies.

  17. Conclusions • Le suivi sur deux ans des parcelles montre: • -teneurs en polluants stables ; • -peu de transfert de HAP vers les eaux ou les organismes, • -peu de différentiation entre les modalités. • -hétérogénéité dans les résultats in situ • Cependant: • toxicité des terres et des percolats vis à vis des organismes (Thlaspi, colonisation mycorhizienne, reproduction des daphnies, division alguale) • présence de bactéries dégradantes (quantification de gènes) et stimulation de ces bactéries dans les parcelles plantées • biodégradation dans ces terres limitée par la biodisponibilité des polluants

  18. Perspectives • Nécessité de suivre à plus long terme ce type d’expérimentation: • -suivre l’évolution des polluants et de leur toxicité, et • -l’augmentation des bactéries dégradantes dans la rhizosphère pouvant à terme favoriser la dégradation des HAP • -le lessivage pourrait conduire à une acidification progressive des terres, à une remobilisation à long terme des ETM • Devenir des polluants et conséquences sur les systèmes sol/eau/plante • Gestion desmultipollutions • Faisabilité de technologies de remédiation biologiques • Restauration des fonctionnalités des sols contaminés et traités

  19. Signatures moléculaires Signature végétaux supérieurs n-alcanes au nombre de carbone impair n-Alcanes d’origine anthropique T INITIAL 2 ANS Terre Nue n-Alcanes (m/z = 57) Luzerne APPARITION DE LA SIGNATURE DES VEGETAUX SUPERIEURS DANS LES PARCELLES PLANTEES

  20. Biomasse Thlaspi  Zn - Thlaspi  Cd - Thlaspi 

  21. Biomasse luzerne

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