Évaluation de l'équation de Nye-Tinker-Barber pour la modélisation du prélèvement de cadmium par le maïs et le tabouret calaminaire

par Jérôme Perriguey

Thèse de doctorat en Sciences agronomiques

Sous la direction de Jean-Louis Morel et de Corinne Leyval.

Soutenue le 14-09-2006

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL , dans le cadre de RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement , en partenariat avec Laboratoire sols et environnement (laboratoire) .

Le président du jury était Michel Mench.

Le jury était composé de Jean-Louis Morel, Corinne Leyval, Michel Mench, Erik Smolders, Thibault Sterckeman, Jacques Lebot.

Les rapporteurs étaient Michel Mench, Erik Smolders.


  • Résumé

    Ce travail vise à améliorer la compréhension des transferts des éléments traces métalliques du sol vers les végétaux par une approche modélisatrice mécaniste. Le modèle est basé sur des équations définissant les processus de mobilisation-transport de l’élément dans le sol, eux-mêmes pilotés par la diminution de la concentration en solution sous l’influence de l’absorption d’eau et de soluté par la plante. Le modèle a été éprouvé grâce à des cultures de maïs (12 et 24 jours) et de tabouret calaminaire (3 mois) en conditions contrôlées dans un sol agricole contaminé artificiellement par du CdSO4. L’offre du sol a été évaluée par le biais d’extractions chimiques, par des isothermes d’adsorption ou de désorption, ou encore par les cinétiques d’échange isotopique. Cette dernière méthode, conceptuellement la mieux adaptée a été validée expérimentalement. La demande du maïs et du tabouret a été étudiée en hydroponie grâce au traçage isotopique du Cd. Chez le maïs, l’influx racinaire de Cd augmente linéairement avec le métal en solution. D’autre part, l’influx est (i) 3 fois plus important dans des solutions où la compétition ionique est moindre (faible proportion d’oligo-éléments), (ii) 2,7 fois supérieur chez des plants âgés de 12 j par rapport à des plants de 24 j, (iii) 1,4 fois supérieur lorsque mesuré en 2 h au milieu de la journée comparé à une période de 24 h, (iv) non affectée par l’exposition préalable des plantes au Cd. Chez le tabouret calaminaire, entre 70 et 87 % du Cd racinaire semble localisé à l’extérieur du compartiment symplasmique. Le modèle, très sensible aux différentes fonctions d’absorption racinaire, a sous-estimé de 12 et 18 % les prélèvements des maïs âgés respectivement de 12 et 24 j et sous-estimé le prélèvement du tabouret d’un facteur trois. Les paramètres de l’absorption racinaire restent difficiles à acquérir et expliquent en partie la divergence entre les prélèvements simulés et mesurés

  • Titre traduit

    Modelling cadmium uptake by maize (Zea mays L.) and penny-cress (Thlaspi caerulescens J. & C. Presl)


  • Résumé

    This mechanistic modelling approach aimed to understand the soil-to-plant trace element transfers. The model solves diffusion-convection equation of cadmium (Cd) within the soil under the influence of the depletion of the solution concentration during plant absorption. A growth chamber experiment was conducted with a loamy cultivated soil enriched with CdSO4. Roots and shoots were collected after 12 and 24 days for maize and after 3 months for penny-cress. The soil offer (or phytoavailability) was assessed thanks to chemical extractions, adsorption or desorption isotherms, and isotopic exchange kinetics. The latter method has been validated by the simulations. The plant demand was studied by radiolabelling in hydroponic cultivations for both plants. Maize root influx increased linearly with Cd concentration in the solution. Moreover, root influx was (i) 3 fold higher in low ionic competition solutions, (ii) 2,7 fold higher in 12-days-old plants than in 24-days-old, (iii) 1,4 fold higher in the middle of the day in comparison with the full-day period, (iv) not influenced by Cd exposure during cultivation. Between 70 and 87% of Cd seemed located in the apoplasm of the penny-cress roots. Although the model tested different root absorption functions, the simulations underestimated by 12 and 18% the 12-days-old and the 24-days-old maize uptakes respectively, and by a factor 3 the penny-cress uptake. This divergence is partly due to the difficulties in estimating root absorption parameters, witch need more research


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