Modélisation de la dynamique des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans des sols soumis à un gradient de contamination allant d’un contexte agricole à un contexte industriel

par Khaled Brimo

Thèse de doctorat en Sciences de l'environnement

Sous la direction de Patricia Garnier et de Stéphanie Ouvrard.

Soutenue le 05-05-2017

à l'Université Paris-Saclay (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2015-....) , en partenariat avec Université Paris-Saclay (2015-2019) (établissement opérateur d'inscription) et de Environnement et Grandes Cultures (laboratoire) .

Le président du jury était Alexandre Péry.

Le jury était composé de Alexandre Péry, Jean Martins, Stefan Trapp, Isabelle Déportes, Cécile Delolme.

Les rapporteurs étaient Jean Martins, Stefan Trapp.


  • Résumé

    Du fait des activités industrielles anciennes et du recyclage croissant des produites résiduaires organiques d’origine urbaine dans les sols agricoles, des composés organiques persistants, parmi lesquels les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) se retrouvent présents dans les sols français. Dans le cadre de la gestion des sites et sols pollués et de l'évaluation des risques associés aux HAP dans l'environnement, une meilleure connaissance du comportement, de la dissipation, du transfert ou de l’accumulation des HAP dans les sols est alors indispensable. Dans ce but, il est utile de développer une nouvelle génération de modèles numériques basés sur le couplage flexible de l’ensemble des processus majeurs contrôlant la dynamique des HAP dans le sol. Notre travail repose sur la mise en œuvre, dans le cadre de la plateforme VSoil de l’INRA (https://www6.inra.fr/vsoil/The-Project), d'un modèle global interdisciplinaire de dynamique des HAP dans les sols, applicable à l’échelle du terrain et couplant des modules décrivant les principaux processus physiques, biochimiques et biologiques. Ce modèle associe d’une part des modules déjà publiés simulant la décomposition des matières organiques exogènes apportées, le transfert d'eau, le transfert de chaleur et le transport de solutés dans des conditions climatiques réelles, et d’autre part, un nouveau modèle représentant spécifiquement la réactivité des HAP.La démarche numérique adoptée dans ce travail a alors été de i) calibrer le modèle de terrain en utilisant des paramètres déterminés à partir de données expérimentales obtenues au laboratoire et complétées avec une partie des données de terrain obtenues sur une courte période, ii) tester et valider le modèle calibré au terrain à l'aide des données de terrain complémentaires sur des périodes plus longues, iii) tester différentes hypothèses de variation de disponibilité et scenarios climatiques ou d’apports répétés de différents composts sur le devenir de HAP dans le sol. Nos résultats montrent que le modèle peut prédire de manière satisfaisante le devenir des HAP dans le sol sur une gamme de contamination allant de parcelles agricoles amendées avec des matières organiques faiblement contaminées jusqu’à d’anciens sites industriels fortement contaminés et permettent alors de mieux appréhender les processus contrôlant la dynamique des HAP dans ces différents systèmes.

  • Titre traduit

    Modeling the dynamic of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in soils impacted by a gradient of contamination ranging from agricultural to industrial contexts


  • Résumé

    Due to former industrial activities and the increasing recycling of organic waste products from urban areas in agricultural soils, increasing amounts of persistent organic compounds, among them polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), are to be found in French soils. In the framework of the management of polluted sites and soils and the risk assessment of PAH transfer in the environment, it is essential to better understand the behavior, dissipation, transfer or accumulation of PAH in soils. For this purpose, there is a need to develop a new generation of numerical models based on the flexible coupling between the processes describing PAH dynamics in soil. Our work presents the development and assessment of such model. It is based on the implementation of an interdisciplinary global model, and applicable at the field scale, for PAH in soil by coupling modules describing the major physical, biochemical and biological processes influencing the fate of PAH in soil, with modules that simulate water transfer, heat transfer, solute transport, and organic matter transformation under real climatic conditions. The coupling is performed using the «VSoil» modeling platform of INRA (https://www6.inra.fr/vsoil/The-Project). The steps of our modelling study are the following: i) calibrate the model at the field scale using previously estimated parameters at the lab-scale and completed with field data on a short period of time, ii) test and validate the calibrated model using field experimental data on mid term periods, iii) test different hypotheses of variation of availability and climatic scenarios or repeated applications of different composts on the fate of PAH in soil. Our results show that the model can adequately predict the fate of PAH in soil over a wide range of contamination ranging from agricultural plots amended with weakly contaminated composted organic wastes to old industrial sites heavily contaminated. This new tool allows, therefore, a better understanding of the processes controlling the dynamics of PAH in these different systems.


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