Distribution et disponibilité biologique des éléments traces métalliques dans les sols et les sédiments de la vallée du torrent Solofrana, Italie Méridionale

par Mariavittoria Zampella

Thèse de doctorat en Terres solides et enveloppe superficielle

Sous la direction de Dominique Righi et de Paola Adamo.

Soutenue en 2006

à Poitiers en cotutelle avec Naples , dans le cadre de École doctorale Ingénierie chimique, biologique et géologique (Poitiers ; 2000-2008) , en partenariat avec Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées (autre partenaire) .

mots clés

• Spéciation (chimie)
• Chrome
• Cuivre
• Sols volcaniques

Résumé

Le but de ce travail a été l'étude de la contamination en métaux traces de sols et de sédiments de la Vallée du torrent Solofrana (Région Campanie, Italie), caractérisée par une agriculture intensive et de nombreuses activités industrielles. En particulier, de nombreuses tanneries ont causé, dans le passé, une contamination en Cr de l'eau et des sédiments du torrent. La détermination de la quantité totale d'éléments traces a montré que les sols de la Vallée du torrent Solofrana, sujets à inondations périodiques et, dans le passé, à irrigation avec des eaux contaminées, sont contaminés en Cr et Cu. La différente distribution des deux éléments dans les sols et les sédiments analysés indique que le Cr dérive du dépôt sur le sol de sédiments contaminés, tandis que le Cu dérive des produits utilisés en agriculture. Une spéciation par extractions chimiques (méthode BCR) et par MEB/WDS montre que, dans les sols et les sédiments contaminés en Cr, l'élément est associé principalement aux complexes organo-minéraux, et dans les sols contaminés en Cu, l'élément est associé principalement à la matière organique. La fraction granulométrique < 2. 0 µm des sols et sédiments est constituée de minéraux primaires, comme quartz, feldspaths et carbonates, de minéraux argileux de type 1:1 (kaolinite, halloysite), 2:1 (illite, smectites, vermiculites) et 2:1:1 (chlorites), et d'oxydes de Fe à faible ordre cristallin, associés entre eux en combinaisons différentes. La fraction granulométrique < 0. 1 µm est constituée presque uniquement de proto-halloysite. L'observation de lames minces de sol au microscope optique et la microanalyse au MEB/WDS ont mis en évidence une progressive incorporation des sédiments dans le sol, la transport en profondeur des fractions granulométriques fines et la transport dans les premiers centimètres de la surface du sol de métaux traces associés avec les matériaux fins, pendant des périodes d'écoulement d'eau dans le profil du sol. La microanalyse au MEB/WDS a indiqué que plus du 50% de la quantité totale de Cr et Cu présents dans les sols et les sédiments est associée à la fraction < 2. 0 µm. Chrome, Zn, et parfois Cu, sont très concentrés même dans la fraction < 0. 1 µm. Ces résultas suggèrent qu'il ne faut pas sous-estimer l'hypothèse d'un possible transport lent en profondeur des contaminants transférés par les colloïdes.

Titre traduit

Trace elements distribution and bioavailability in soils and sediments of the Solofrana river valley, Southern Italy

Résumé

The aim of this research was to study trace elements contamination of soils and sediments from the Solofrana river valley. The area was characterised by intensive agriculture and industrial activity. Numerous tanning plans caused in the past river water and sediment contamination. The results showed that the Solofrana valley soils flooded or irrigated with polluted water were contaminated by Cr and Cu. Chromium derived by deposition of Cr contaminated sediments on the soil surface and was bound mainly to organo-mineral complexes. Copper derived by agricultural practices and was mainly bound to organic matter. The soil and sediment <2. 0µm fraction was composed by quartz, feldspathes, carbonates, kaolinite, halloysite, illite, smectites, vermiculites, chlorites, amorphous Fe oxides; the <0. 1µm fraction was mainly made of proto-halloysite. A progressive incorporation of sediments in the soil matrix, the translocation of fine particles to depth and the translocation of trace elements bounds to the fine particles in the first centimetres of the soil profile were observed. Chromium and Cu concentrations were very high in the <2. 0 and <0. 1µm fractions. Results suggest a possible transfer of metal-rich colloids along soil pore network associated with soil water movement.