Les radionucléides dans les engrais phosphatés et sulfatés rejetés par les industries des fertilisants: Recherche sur leur mobilité et leur transfert dans les sols

par Dany Saba

Projet de thèse en Agro-écologie

Sous la direction de Philippe Cambier et de Naim Ouaini.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement et Santé , en partenariat avec GENIAL - Ingénierie Procédés Aliments - UMR AGROPARISTECH/INRA (laboratoire) et de institut des sciences et industries du vivant et de l'environnement (AgroParisTech) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-11-2015 .


  • Résumé

    Les radio-isotopes qui subsistent naturellement dans l'environnement sont issus des séries de désintégration de l'Uranium, du Thorium et du Potassium 40. Plusieurs activités humaines ajoutent aux sources naturelles une contamination diffuse mais importante, entraînant l'élévation de ces radioéléments dans le milieu et risquant d'impacter les écosystèmes, les sols et la végétation, sachant qu'une fraction de ces éléments est biodisponible et peut entrer dans la chaîne alimentaire. L'utilisation d'engrais chimiques phosphatés, et les industries des fertilisants, ayant comme matière première la roche phosphate et le sous-produit phosphogypse, sont considérés comme une source importante d'éléments traces métalliques et de radionucléides. La radioactivité des éléments présents dans le phosphogypse entraîne des problèmes de santé dus aux rayonnements au niveau des procédés industriels de préparation d'engrais ainsi que de l'utilisation des engrais eux-mêmes. Les rejets industriels dans la mer méditerranéenne ou dans les sols, contaminent le milieu marin ainsi que des végétaux consommables par l'homme et l'animal, avec des conséquences néfastes sur la santé. Le premier objectif de la thèse est de mesurer l'impact de la radioactivité des rejets d'une usine de fertilisants sur la qualité des terrains près des zones résidentielles alentour en analysant les radionucléides dans les sols, et leur distribution. Les éléments concernés sont ceux des séries de désintégration de l'Uranium, du Thorium et du Potassium, présents dans la matière première et les différents produits de la fabrication des fertilisants. L'identification des radionucléides et leur distribution dans différents sites, près des zones résidentielles, couverts de végétation mais évitant les zones fertilisées ou ayant reçu des quantités inconnues de phosphogypse, seront étudiées, en tenant compte de la distance, de la direction et de la profondeur dans le sol, afin de connaitre l'influence des dépôts atmosphériques causés par le vent, les précipitations et les transports de matière première par camions. Le prélèvement et le prétraitement des échantillons de sol et de plantes seront réalisés par la méthode accréditée par la CLEA, certifiée par l'ISO. Les échantillons préparés seront analysés par Spectroscopie Gamma, ensuite par ICP-MS après dissolution, afin de déterminer les rapports isotopiques, les éléments totaux et la spéciation des éléments. La spéciation géochimique de certains éléments sera effectuée par des extractions séquentielles. Les caractéristiques physicochimiques du sol seront également déterminées afin d'interpréter les variations de concentration et de mobilité des radionucléides. L'analyse statistique sera effectuée par SPSS et par chimiométrie afin de mieux interpréter et valider les résultats. L'objectif final est de contribuer à une évaluation du risque relatif à la consommation des végétaux et à l'inhalation-ingestion de sol et de poussières dans les zones résidentielles à proximité des sites de prélèvements. Cette évaluation doit intégrer la biodisponibilité et la bioaccessibilité des polluants. Une analyse de la radioactivité dans les plantes consommables par les êtres humains et les animaux sera donc réalisée afin d'estimer des facteurs de transfert sol-plante en fonction des paramètres physicochimiques. Ce transfert est déterminé par de nombreux facteurs, dépendant de la nature de l'apport du polluant, de la composition du sol et de la physiologie des espèces végétales. L'estimation de la bio-accessibilité des polluants sera effectuée par une méthode d'extraction basée sur la simulation du milieu gastro-intestinal de l'homme.

  • Titre traduit

    Radionuclides in phosphatic and sulfatic fertilizers released from fertilizer industries: Research on mobility and transfer in soils


  • Résumé

    Radio-isotopes naturally active in the environment come from disintegration series of Uranium, Thorium and Potassium 40. Several human activities add some diffuse but significant contamination to natural sources, increasing the contents of radio-isotopes in the biotopes with potential impacts to soil ecosystems and plants, taking into account that these contaminants present a bioavailable fraction which may enter into the food chain. The use of phosphate fertilisers and fertiliser industry based on raw material of phosphate rock and by-products as phosphogypsum are known to be an important source of trace metals and radionuclides. The radioactivity of elements contained in phosphogypsum can cause health problems linked to radiations during industrial processes and fertiliser uses. Industrial wastes received by the Mediterranean sea or soils contaminate marine organisms and plants which then are eaten by humans and animals, with possible harmful consequences for their health. The first objective of the thesis is to determine the impact of radioactivity emitted by a fertiliser factory upon surrounding soils, close to residential districts, by analysing radionuclides and their distribution. Analysed radioisotopes are from disintegration series of Uranium, Thorium and Potassium, contained in the raw material and the products of the fertiliser industry. Identification of radionuclides and their distribution in several sites, close to residential areas, covered by plants but avoiding zones receiving fertilisers or unknown amounts of phosphogypsum, will be studied, taking into account distance, direction and depth in soils, in order to evaluate the influence of atmospheric deposits caused by wind, rains and transports of raw material by trucks. The sampling and the preparation of soils and plants will conform to methods validated by the CLEA, and certified by ISO. Prepared samples will be analysed by Gamma Spectrometry, then by ICP-MS after dissolution, in order to determine isotopic ratios, total contents and chemical speciation. The geochemical speciation of a few elements will be pursued by sequential extractions. Physicochemical properties of soils will be also determined for interpreting variations of concentrations and mobility of radionuclides. Statistical analyses using the SPSS software and chemometrics will be applied for further interpretation and validation of results. The final objective is to contribute to a risk assessment related to plant consumption and inhalation-ingestion of soil and dust within residential areas close to studied sites. This assessment will incorporate factors of bioavailability and bio-accessibility of pollutants. So, radionuclides will be analysed in plants edible by humans and animals, to evaluate soil-plant transfer coefficients according to physicochemical parameters. This transfer is determined by numerous factors, such as the carrier of the pollutant, soil composition and plant physiology. The bio-accessibility will be estimated by a chemical extraction method based on simulating the human gastro-intestinal environment.