Evolution temporelle de la concentration de Cd²⁺ en solution de sol au cours d'une culture végétale : impact sur l'exposition racinaire
par Jean-Yves Cornu
Thèse de doctorat en Géosciences de l'environnement. Biogéochimie de l'environnement
Sous la direction de Sylvain Pellerin et de Laurence Denaix.
Soutenue en 2007
à Bordeaux 1 .
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Résumé
La contamination des sols par les éléments traces métalliques constitue un danger pour la santé humaine, notamment /via/ la contamination de la chaîne alimentaire. Le cadmium (Cd) présente un danger particulièrement important en raison de sa forte toxicité à long terme pour l’homme (source INRS) et de sa capacité élevée de transfert du sol vers les parties consommées des végétaux. Le développement d’outils prédictifs du transfert sol-plante de Cd est de ce fait à favoriser. Il passe par la compréhension et la modélisation du transfert de Cd du sol vers la racine végétale. Dans ce contexte, l'objectif général de cette étude était d'identifier et de hiérarchiser les paramètres physicochimiques, et les processus associés, affectant la concentration de Cd2+ en solution de sol au cours d'une culture végétale. Ce travail a confirmé la difficulté d’évaluer la spéciation de Cd en solutions naturelles. Il a mis en évidence de fortes variations de la concentration de Cd2+ en solution de sol au cours du temps de culture, en lien avec l'établissement localisé de conditions anaérobies. L'activité dénitrifiante de la microflore s'est avérée être un processus majeur de contrôle de la concentration de Cd2+ en solution de sol au cours du temps, son impact sur le bilan ionique de la solution de sol conditionnant la désorption de Cd depuis la phase solide. Un mode de calcul de l'exposition racinaire tenant compte de ces variations temporelles de concentration de Cd2+ en solution a permis de mieux prédire le prélèvement de Cd par les racines végétales.
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Résumé
The contamination of soils by trace elements constitutes a danger for human health, notably through the contamination of the food chain. Cadmium (Cd) is particularly dangerous because of its high toxicity to man for the long term (source INRS) and its high transfer capacity from the soil to the edible parts of plants. Thus, the development of tools which are able to predict the soil-plant transfer of Cd is desirable. It requires the understanding and the modelling of the transfer of Cd from the soil to the plant root. In this context, the aim of this study was to identify and to prioritize the physico-chemical parameters, and the related processes, that affect the Cd2+ concentration in soil solution over a culture period. This work confirmed the difficulties in evaluating the speciation of Cd in natural solutions. It put into evidence strong temporal changes in solution Cd2+ concentration, in relation with the localized establishment of anaerobic conditions in soil. Microbial denitrification emerged as a major process in controlling the concentration of Cd2+ in soil solution over time, its impact on the solution ionic strength conditioning the desorption of Cd from the solid phase. The integration of the temporal variations in Cd2+ concentration through the calculation of the root exposure to solution Cd improved the prediction of the uptake of Cd by plant roots.
