Dynamique et bilan des éléments traces métalliques (ETM) dans des écosystèmes forestiers français : modélisation, spéciation et charges critiques

• Auteur / Autrice : Laure Gandois
• Direction : Anne Probst
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie de l'environnement
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pollution diffuse

Éléments traces

Effets des dépôts atmosphériques

Forêts

Biodégradation

Sols forestiers

Mots clés libres

Eléments traces métalliques

Forêt

Bilan

Dépôt atmosphérique

Spéciation

Charges Critiques

Modélisation

Résumé

Les éléments traces métalliques (ETM : Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Sb et Zn) sont dispersés dans l'atmosphère à la suite de processus naturels et anthropiques. Les écosystèmes forestiers, même éloignés de sources de pollutions aigues, sont sous l'influence d'apports atmosphériques. Leur interaction importante avec l'atmosphère les rend sensibles à cette pollution. Ils font l'objet d'une protection vis-à-vis de la pollution atmosphérique par la définition de charges critiques. L'impact potentiel des ETM dans les écosystèmes forestiers est fortement lié à leur dynamique aux interfaces atmosphère/végétation et sol/solution. En effet, le couvert forestier modifie les apports atmosphériques et la solution de sol est le vecteur principal des ETM vers la biosphère et les eaux de surface et souterraines. Ce travail a consisté en l'analyse des ETM (teneurs et spéciation) dans différents compartiments de l'écosystème (apports atmosphériques hors et sous couvert forestier, sols et solution de sol, végétation) au niveau de six placettes forestières françaises. Les résultats obtenus ont permis d'étudier et de mettre en relation la partition des ETM entre les phases totales, extractibles et en solution des métaux dans les sols avec des paramètres du sol. Le pH du sol est le paramètre le plus significatif pour la prédiction de l'extractabilité et de la solubilité des ETM en solution. La complexation en solution par des colloïdes organiques contrôle la solubilité de certains éléments (Cu, Pb). Les apports atmosphériques actuels sont modérés et montrent une influence régionale plus marquée dans le nord-est de la France. Le couvert forestier modifie significativement les apports atmosphériques. Certains flux (Cd, Ni, Cu et Zn) sont diminués du fait de l'assimilation des éléments par le couvert au moment du dépôt. D'autres flux sont augmentés (Cr, Pb, Sb) sous le couvert forestier, du fait de l'accumulation de dépôt sec. Le bilan des ETM à l'échelle de la placette (accumulation ou perte) dépend du type de sol, de la solubilité de l'élement considéré dans la solution de sol et de sa mobilité dans la végétation. Les limites et charges critiques ont été déterminées et la comparaison avec les concentrations dans les solutions de sol et les apports actuels n'ont pas montré de dépassement.

Trace Metals (TM: Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Sb and Zn) are dispersed in the atmosphere due to both natural and anthropogenic processes. Forest ecosystems can receive atmospheric inputs, even if they are located far from direct emission sources. In fact, forest ecosystems are particularly sensitive to atmospheric inputs since forest cover can interact with atmospheric pollution. Forest ecosystems are protected from TM atmospheric inputs through the definition of Critical Loads. TM impact on forest ecosystem is linked to their dynamic at the atmosphere/vegetation and soil/solution interfaces. Indeed, forest cover modifies atmospheric inputs. Moreover, it is through soil solution that TM are available to the biosphere and can reach ground and surface waters. During this work, TM content and speciation were determined in diverse compartments of the ecosystem (open field precipitation, throughfall, soil, soil solution and vegetation) on six forested catchments. TM partitioning between total and extractable content and soil solution, was studied in relation with soil parameters. PH was the most significant parameter for most TM extractability and solubility prediction. Cu and Pb solubility was also greatly influenced by complexation with organic colloids. Atmospheric inputs are moderate and regional differences reveal a stronger atmospheric influence on the North-East of France. Forest cover greatly modifies atmospheric inputs. Some fluxes (Cd, Ni, Cu and Zn) are reduced because of direct assimilation by forest canopy. Other fluxes (Pb, Cr and Sb) are increased following dry deposition accumulation on forest canopy. Elemental budget at the plot scale depend on soil type, TM solubility in soil solution and TM mobility in trees. Critical limits and loads have been evaluated and comparison with current soil solution concentration and atmospheric inputs revealed no exceedance.