Utilisation d'Opuntia ficus-indica en tant que biomoniteur de la pollution atmosphérique industrielle et urbaine

by Eliane El Hayek

Doctoral thesis in Sciences de l'univers, de l'environnement et de l'espace

Under the supervision of Bruno Lartiges and Antoine El Samrani.

defended on 14-12-2015

in Toulouse 3 and the jointly supervising institution l'Université libanaise , under the authority of École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse) .

  • Alternative Title

    Investigation of opuntia ficus-indica as a biomonitor species of atmospheric pollution


  • Abstract

    This study reports the potential of Opuntia ficus-indica (Ofi) as a biomonitor of atmospheric pollution in three heavily polluted sites, i.e., industrial, mining and road sites. The bioaccumulation phenomenon by Ofi was investigated by studying the heavy metal concentrations in different cladodes of various ages, roots and fruits, using AAS and ICP-MS. To identify the origin of Pb in cladodes, two types of methods were used: TIMS analysis which provided the lead isotopes ratios in cladodes, roots and soil samples, and SEM-EDX analysis at the cladode surface which provided the elemental distribution of Pb and airborne particles and a characterization of their chemical structure at the microscopic scale. A second study was also carried out by testing Pb bioaccumulation after foliar and roots exposure to synthesized fluorapatite particles enriched with Pb. SEM-EDS and µXRF analyses were used to follow the Pb concentration from the contaminated surface to the internal tissues. The results show that Ofi is indeed a bioaccumulator of Pb, Cd and Cr. The Pb isotopic signatures indicate that Ofi is a sensitive species to local aerial pollution and their successive cladodes obviously identify the evolution of air pollution with time. In addition, Ofi cladodes were found more contaminated with lead after direct foliar contamination. SEM-EDS measurements underlined in the two studies the retention of deposited particles on specific zones of the cladode surface (cuticle, trichome and stomata), which were also identified by µXRF cartography. These results represent the first demonstration of the potential of using Ofi, a cosmopolitan plant, as a biomonitor.


  • Abstract

    L'objectif de cette étude est d'étudier le potentiel d'Opuntia ficus-indica (Ofi) en tant que biomoniteur dans un environnement contaminé par des dépôts atmosphériques enrichis en métaux lourds. Trois sites d'étude pollués ont été sélectionnés: industriel, minier et routier. Le phénomène de bioaccumulation a été validé en analysant la concentration en métaux lourds par SAA et ICP-MS dans plusieurs raquettes d'âge différent, dans les fruits et les racines. L'identification de l'origine du Pb a été étudiée à partir de la signature isotopique du Pb (TIMS) dans les raquettes, les racines et les sols, avec une caractérisation microscopique (MEB-EDX) des particules déposées à la surface des raquettes. Le taux de bioaccumulation du Pb suite à une exposition racinaire ou foliaire à des particules de fluorapatite synthétisées et enrichies en Pb à permis de préciser les voies de transfert vers la plante. Ainsi, la distribution particulaire ou dispersée du Pb dans les raquettes contaminées a été identifiée au moyen de cartographies MEB-EDX et µXRF. Les résultats obtenus montrent qu'Ofi est un bioaccumulateur du Pb, Cd et Cr. Les signatures isotopiques dans les raquettes révèlent la nature des diverses sources polluantes tout en donnant une indication sur l'évolution de la pollution atmosphérique au cours du temps. Le taux le plus élevé de Pb a été mesuré dans les raquettes contaminées à leur surface par de la fluorapatite. Les analyses microscopiques ont démontré pour les deux approches suivies l'intégration des particules déposées à la surface des raquettes au niveau de la cuticule, des trichomes et des stomates. Cette obsevation est cohérente avec la cartographie obtenue en µXRF. Notre étude démontre le potentiel de cette plante cosmopolite qu'est Ofi en tant que biomoniteur.

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Informations

  • Details : 1 vol. (288 p.)

Where is this thesis?

  • Library : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Available for PEB
  • Odds : 2015 TOU3 0260
  • Library : Université Paul Sabatier. Bibliothèque électronique.
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