Proposition de sujet de thèse
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Proposition de sujet de thèse Ecole Doctorale - ED 251 – Sciences de l’Environnement 2005 Sujet de doctorat proposé : Intitulé : Rôle des nano-particules naturelles dans le transfert des métaux dans les andosols de l’île de La Réunion Programme finançant la recherche (Intitulé du(des) programme(s) : programme GESSOL Titre du projet ; Recyclage agricole des déchets organiques dans les sols tropicaux (Ile de La Réunion) : quel impact sur les transferts d'éléments traces métalliques ? Responsable du projet ; E. Doelsch (CIRAD) (J.Rose pour le CEREGE) Financement obtenu : 22 K€ en 2005 (22 K€ en 2006). RESUME : Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un programme de recherche GESSOL du ministère de l’Environnement et du développement durable. Il a pour objectif de déterminer l’impact du Recyclage agricole des déchets organiques dans les sols tropicaux de l’île de La Réunion, notamment dans le cas du transfert d'éléments traces métalliques. Plus précisément il s’agira de déterminer le rôle de nano-particules naturelles (imogolites, allophanes) dans les mécanismes de fixation, de transport dans les sols et de translocation (vers les plantes) de métaux lourds tels que Cr, Ni, Cu et Zn. Une approche combinant un ensemble de techniques analytiques de laboratoire (microscopies, spectroscopies) ainsi que sur synchrotron permettra d’aborder les mécanismes à l’échelle moléculaire. DESCRIPTION DETAILLEE DU PROJET 1-Positionnement du problème ...
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Proposition de sujet de thèse
Ecole Doctorale - ED 251 – Sciences de l’Environnement
2005
Sujet de doctorat proposé :
Intitulé :
Rôle des nano-particules naturelles dans le transfert des métaux dans les
andosols de l’île de La Réunion
Programme finançant la recherche (Intitulé du(des) programme(s) :
programme GESSOL
Titre du projet ;
Recyclage agricole des déchets organiques dans les sols tropicaux (Ile de
La Réunion) : quel impact sur les transferts d'éléments traces métalliques ?
Responsable du projet ;
E. Doelsch (CIRAD) (J.Rose pour le CEREGE)
Financement obtenu :
22 K€ en 2005 (22 K€ en 2006).
R
ESUME
:
Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un programme de recherche GESSOL du ministère de
l’Environnement et du développement durable. Il a pour objectif de déterminer l’impact du
Recyclage agricole des déchets organiques dans les sols tropicaux de l’île de La Réunion,
notamment dans le cas du transfert d'éléments traces métalliques.
Plus précisément il
s’agira de déterminer le rôle de nano-particules naturelles (imogolites, allophanes) dans les
mécanismes de fixation, de transport dans les sols et de translocation (vers les plantes) de
métaux lourds tels que Cr, Ni, Cu et Zn. Une approche combinant un ensemble de techniques
analytiques de laboratoire (microscopies, spectroscopies) ainsi que sur synchrotron permettra
d’aborder les mécanismes à l’échelle moléculaire.
D
ESCRIPTION DETAILLEE DU PROJET
1-Positionnement du problème
L’île de La Réunion est marquée par une forte croissance démographique qui se traduit par
une intensification des activités agricoles, industrielles et urbaines. Il en découle une
augmentation de la production de déchets qu’il convient de gérer et valoriser de la manière la
plus cohérente possible. L’insularité impose de protéger avec une grande attention les
différents compartiments sol et eau qui ne sont pas renouvelables. Parmi les solutions de
gestion des déchets, le recyclage agricole permet la valorisation de déchets organiques
d’origines variées : agricole (lisiers, fumiers, fientes), urbaine (boues de station d’épuration,
composts). Pour assurer la pérennité de cette filière de recyclage des déchets organiques, il est
fondamental de limiter l’impact environnemental de ces pratiques qui peut se traduire par la
contamination des sols et des plantes suite à l’apport en quantité importante d’éléments
minéraux ou organiques polluants et des modifications des conditions physico-chimiques des
sols (évolution du pH, des conditions redox). Ces conditions peuvent modifier les équilibres
et induire des transferts de métaux lourds vers la chaîne alimentaire.
L’une
des
particularités
des
andosols
réside
dans
la
présence
en
abondance
d’aluminosilicates cristallisés à très courte distance, communément appelés « imogolite » et
« allophane » dont la taille varie de quelques nanomètres à 100 nm. La structure de ces
« nano-minéraux » leur confère de très grandes surfaces spécifiques (~700 m2/g) ainsi que de
fortes capacités d’échanges cationique et anionique. Ces propriétés expliquent leur important
potentiel d’adsorption vis à vis des composés ioniques des sols et en particulier des métaux et
des espèces organiques. Corrélativement on doit se poser la question du rôle de ces néo-
phases vis à vis du transfert dans la chaîne alimentaire des contaminants métalliques.
2)Objectifs de la thèse
L’objectif de cette thèse est d’évaluer le rôle des imogolites et des allophanes dans le
piégeage des métaux lourds dans les sols Réunionnais utilisés pour le recyclage des déchets et
leur rôle dans le transfert de ces mêmes éléments toxiques vers la chaîne alimentaire.
La stratégie qui permettra d’atteindre cet objectif intègre trois volets. Tout d’abord il
s’agira d’identifier et quantifier les phases minérales les plus réactives (allophanes,
imogolites) des différents types de sol Réunionnais. Le principe d’identification repose sur
une séparation minéralogique à l’aide de liqueurs denses. Les allophanes et imogolites ainsi
extraites seront caractérisées minéralogiquement et chimiquement (+ matière organique et
métaux lourds associés). Dans un deuxième temps, des synthèses en laboratoire auront pour
but de définir les mécanismes et cinétiques de sorption des métaux lourds. Le troisième volet
cherchera à déterminer sur des cultures types le rôle des allophanes et imogolites dans la
dynamique et les mécanismes de transfert dans la chaine alimentaire. L’approche
méthodologique envisagée (détaillée ci-après) permettra d’aborder les phénomènes à l’échelle
moléculaire.
3) Techniques à mettre en oeuvre
Afin de comprendre les mécanismes à l’origine de la rétention des métaux par les phases
(imogolites et allophanes) présentes dans les sols de la réunion deux types de synthèse seront
nécessaires : 1) synthèse d’imogolites et allophanes selon la méthode de Wada (1984) ou
Denaix (1993), 2) synthèse de silicates d’aluminium amorphe en présence de fer. Des
isothermes d’adsorption/désorption en phase aqueuse seront couplées à des caractérisations
intrinsèques des propriétés surfaciques (surface spécifique BET et énergie de surface).
Les mécanismes de translocation des éléments métalliques vers des plantes (maraîchères)
seront déterminés en systèmes simplifiés et en pot (avec sol). Les techniques des sachets avec
des nanoparticules de synthèse marquées avec Ni et Cr introduites dans les pots permettra de
suivre au plus près la transformation des particules et la solubilisation de Ni et Cr sous l’effet
des plantes. Le transfert des éléments des allophanes/imogolites aux plantes pourra se faire,
quant à elle, par la mise en contact directe des racines des plantes avec les particules incluses
dans un support inerte de type sable de quartz. Les métaux pourront ainsi être suivi par
traçage dans les différents organes des plantes (spectroscopie
β
ou
γ
).
La caractérisation des nanoparticules et de la spéciation des polluants sera effectuée à
l’aide d’une étude structurale multi échelles (échelles macroscopique, microscopique et
atomique). Les techniques utilisées sont diverses : on peut citer la diffraction des rayons X
(DRX), le MEB, la μ-fluorescence X, la RMN (Si, Al, C...) et la spectroscopie d’absorption
des rayons X (EXAFS, XANES).
Mots clés
: environnement, transfert, métaux lourds, nanoparticules
