New technique for soil reclamation and conservation : in situ stabilisation of trace elements in contaminated soils

par Osama Negim

Thèse de doctorat en Sciences des sols

Sous la direction de Philippe Le Coustumer et de Michel Mench.

Soutenue le 17-07-2009

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences et Environnements (Pessac, Gironde) .

Le président du jury était Richard Fabre.

Le jury était composé de Ionan Marigomez, Arnaud Gauthier, Frédéric Huneau, Amin Fouad.

Les rapporteurs étaient Mikael Motelica-Heino, Gaëtane Lespes.

  • Titre traduit

    Nouvelle technique pour l'amélioration et la conservation des sols : rémédiation in situ de métaux trace dans les sols contaminés


  • Résumé

    Les sols sous contraintes que ce soit du point de vue charges polluantes comme avec les Métaux Traces (MT) ou bien du point de vue stress hydrique (perte des capacités de rétention menant à la désertification des sols) concernent de nombreux espaces du territoire national, de même que la région du pourtour Méditerranéen. Le nombre de sites pollués par des substances inorganiques affectant de larges espaces est en constante augmentation. Les stratégies pour leur rémédiation sont variées mais très peu envisagent la dépollution tout en restaurant les propriétés pédologiques des sols concernés. La rémédiation comme la restauration des capacités fertilisantes de sols pollués sont un enjeu international. Pour cela, la stratégie de cette étude porte sur le développement d’outils technologiques innovants basée sur la phytorémédiation assistée par des matrices duales de sols contaminés par des MT (Cuivre, Chrome, Arsenic). Ces matrices duales ont une action double concomitante en permettant une immobilisation ou un piégeage des MT tout en favorisant la repousse végétale ou la catalyse de la croissance végétale. Le piégeage peut se faire par l’apport d’amendement ayant des capacités d’échanges (généralement liées à l’existence de phase allophane et/ou d’un réseau poral important) et de rétention (liées au réseau porale et à l’existence de phases minérales type phosphates, silice amorphe, oxydes hydroxydes de fer-manganèse). L’élaboration, à partir de laitiers d’aciéries, d’une matrice susceptible d’adsorber des MT (aspect dépollution) tout en favorisant la pousse végétale (aspect amendement) nous a permis de tester ce produit de synthèse. La seconde originalité de cette étude est d’analyser le potentiel de ces matrices, non seulement à différentes échelles (du pot en passant par le stade mésocosme et jusqu’au champ), du point de vue impact écotoxique – dépollution de sols associé à une re-végétalisation. Cette dernière participe également au transfert des charges polluantes (MT) depuis l’amendement de synthèse ou du sol vers, et dans le réseau racinaire des radicelles et ainsi favoriser la réhabilitation des propriétés hydriques des sols par le développement d’un couvert végétale pérenne. On conjugue ainsi un apport dépolluant à celui de maintient de la potentielle anti-désertification grâce au développement de solutions innovantes respectueuses de l’environnement sur la base de technologie douce valorisant les co produits de l’industrie.


  • Résumé

    Soil contamination by trace elements is a widespread problem in many parts of the world. The accumulation of toxic metals in soil is mainly inherited from parent materials or inputs through human activities. In fact, one of the sources of soil contaminations is very important resulting from chemical widely used wood preservative industries in aquatic environments and storing the wood after treatment by chromated copper arsenate (CCA). Elements such as As, Cu, Cr, and Zn can be found in excess in contaminated soils at wood treatment facilities, especially when Cu sulphates and chromated copper arsenate (CCA) were used as a preservative against insects and fungi, which may result in soil phytotoxicity as well as toxic to plants, animals and humans. New techniques are being developed to remediate trace elements in contaminated soils such as phytoremediation and in situ stabilization. In situ stabilization technique or in situ immobilisation is one of the common practices for reducing negative effects of metals and metalloids such as As, Cr, Cu, Pb, Cd and Zn in contaminated soils by adding amendments. Alkaline materials are usually added to acidic soils to improve soil chemical and physical properties and also to reduce the mobility and bioavailability of contaminant. Slag, which consists of calcium oxide, phosphorus oxide, silicon oxide, iron oxide, and other metal oxides, is an alkaline by-product of metallurgical processes or a residue of incineration processes. Slags have been successfully used to soil reclamation and soil fertiliser. It has been used as a soil additive to reduce various metals contaminated soil by precipitation and adsorption on the surface of metal oxide. The objectives of this Ph.D study were to evaluate the physical, chemical soil properties and the distribution of trace elements in contaminated soil. Also to evaluate the characteristics of two different slags samples, a basic slag (BS) and a basic slag phosphate (BSP) which are alkaline by-products of the French steel industry and which used as a soil amendments to improve soil properties and for the in situ immobilisation of copper and metals in chromated copper arsenate (CCA) contaminated soil.


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