Devenir du zinc des produits résiduaires organiques après méthanisation et recyclage agricole : rôle des nanoparticules de sulfure de zinc

par Maureen Le Bars

Thèse de doctorat en Géosciences de l'environnement

Sous la direction de Emmanuel Doelsch, Samuel Legros et de Clément Levard.

Soutenue le 25-02-2019

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-Marseille) , en partenariat avec CEREGE (laboratoire) et de CIRAD (Montpellier ; France) (laboratoire) .

Le président du jury était Eric Van Hullebusch.

Le jury était composé de Clément Levard, Corinne Chanéac.

Les rapporteurs étaient Marie-Pierre Isaure, Emmanuel Guillon.


  • Résumé

    Le recyclage agricole de Produits Résiduaires Organiques (PROs) bruts ou après un traitement tel que la méthanisation et/ou le compostage est une pratique répandue. Il est indispensable d’évaluer l’impact environnemental de l’épandage des PROs après méthanisation, technologie en essor, en particulier vis-à-vis du zinc (Zn). La spéciation du Zn dans le PRO est un paramètre crucial pour établir le risque. Nous avons pu mettre en évidence que la méthanisation favorise la formation de nanoparticules de sulfures de Zn (nano-ZnS), qui est donc la forme majoritaire du Zn dans les digestats de méthanisation (>70%). Cette forme du Zn est instable car elle se transforme lors du compostage des digestats. Les paramètres structuraux des nano-cristaux (taille, contrainte) peuvent expliquer leur réactivité. Nos résultats montrent que plus les nano-ZnS sont petites et plus leur contrainte est importante. De plus, l’interaction avec les groupements thiols de certaines molécules organiques, potentiellement présentes dans un digesteur de méthanisation, relâche la contrainte des nano-ZnS et contrôle leur croissance. Enfin, les caractéristiques du sol amendé ont un rôle majeur pour le devenir des nano-ZnS: les composants de sols argileux riches en oxydes de fer sont capables de retenir le Zn issu de la dissolution des nano-ZnS, contrairement à ceux d’un sol sableux. Ce travail apporte une meilleure compréhension de la dynamique du Zn dans les écosystèmes cultivés soumis à l’épandage de PROs

  • Titre traduit

    Fate of zinc in organic waste after anaerobic digestion and agricultural recycling : role of nanosized zinc sulfide


  • Résumé

    Agricultural recycling of organic waste (OW), raw or after a treatment like anaerobic digestion (AD) and/or composting is common. It is necessary to assess the environmental impact of OW agricultural recycling after anaerobic digestion since this technology is gaining interest, particularly regarding zinc, an abundant element in OW. In order to properly evaluate the risk, zinc speciation must be known. First, we have shown that AD promote the formation of nano-ZnS that is therefore the main species of Zn (> 70%) in AD digestates. This unstable species is transformed during composting of 1 to 3 months. Size and strain are parameters that can explain nanocrystals reactivity. We showed that the more nano-ZnS are small and the higher the strain is. Interaction with thiol containing organic molecules, potentially present in anaerobic digesters, release nano-ZnS structural strain and control its growth. Finally, amended soil characteristics have a key role for nano-ZnS fate: the components of clayey and iron-oxide-rich soils are able to immobilize Zn released by nano-ZnS dissolution, unlike sandy soils components. This work gives a better understanding of zinc dynamics in cultivated ecosystems subject to spreading of organic waste


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