III. Devenir des HAP dans le sol
5. Mode de liaison des HAP au sol
5.3. Facteurs influençant la rétention des HAP dans le sol
Le comportement des HAP dans le sol est conditionné par de nombreux paramètres :
la matière organique
Tous les auteurs admettent l’implication de la matière organique dans la rétention des HAP
d’un sol. L’extractibilité des HAP d’un sol par un solvant, même très apolaire, est
inversement proportionnel au taux de matière organique (Karimi-Loftfabad, 1996 ; Conte el
al., 2001 ; Bogan et Sullivan, 2003 ; Bogan et Trbovic, 2003). Les molécules présentes se
concentrent sur les sites hydrophobes de la matière organique, s’adsorbent, pénètrent dans les
différents pores et créent des liaisons les rendant ainsi moins accessibles. Plus le taux de
matière organique est élevé, plus les surfaces hydrophobes dans un sol sont nombreuses
(Conte et al., 2001). La disponibilité des HAP dépend donc de la richesse en composés
organiques.
Les degrés d’extractibilité dépendent ainsi de la nature du sol, du temps de maturation et enfin
de la nature du solvant dans le cadre d’extractions chimiques (tableau 14).
Le tableau 14 met clairement en évidence la diminution de l’extractibilité quand le taux de
matière organique du sol et l’hydrophobicité de la molécule augmentent.
le temps de contamination du sol (maturation)
Outre la nature de la matrice, la disponibilité des HAP dépend également du temps de contact
du polluant avec le sol (Figure 4 ; Conte et al., 2001 ; Johnson et al., 2001 ; Kelsey et al.,
1997 ; Northcott et Jones, 2001). En effet, des HAP ajoutés à du sol et laissés à maturer
pendant plusieurs jours évoluent dans les structures et s’y trouvent piégés. Cette part liée au
sol devient alors non extractible (Karimi-Lotfabad et al., 1996 ; Conte et al., 2001 ; Bogan et
Sullivan, 2003 ; Macleod et Semple, 2003). En moins de 30 jours de contact, entre 50 et 70%
des HAP apportés à un sol se lient fortement à la matrice jusqu’à ne plus pouvoir être extraits
par un solvant peu apolaire comme le butanol (Kottler et Alexander, 2001). Dès 14 jours, les
HAP fixés ne sont donc plus extractibles. Lorsque les temps de maturation des sols en
présence de HAP sont plus longs (jusqu’à 500 jours), près de 90% des molécules peuvent être
figées dans la fraction non extractible (Kelsey et al., 1997, Northcott et Jones, 2001).
Le tableau 15 met en évidence l’influence du temps de maturation sur l’extractibilité des HAP
qui diminue avec le temps pour ces 2 molécules. Le taux d’extractibilité des molécules est
également fonction de la polarité du solvant utilisé ce qui reflète l’effet de l’hydrophobicité
des HAP sur leur propension à rester liés au sol.
les propriétés des HAP
Les propriétés physicochimiques des HAP contribuent également à l’extractibilité des
polluants. Conte et al. (2001) établissent une relation entre l’extractibilité et le LogK
ow, reflet
de l’hydrophobicité des molécules organiques. Plus l’hydrophobicité est marquée, plus les
molécules sont liées et retenues dans le sol à l’instar du B[a]P qui reste inaccessible lors
d’extractions, même drastiques (solvants très apolaires). Ses propriétés hydrophobes lui
confèrent une capacité d’adsorption sur les structures hydrophobes du sol beaucoup plus
puissante que le Phé et le Pyr entre autres (Northcott et Jones, 2001 ; Smith et al., 1999).
la métabolisation des HAP
S’ajoutant à ces facteurs, le phénomène de métabolisation participe également à la diminution
de la disponibilité des HAP. L’influence du microcosme sur la rétention des HAP a été
démontrée par la mesure d’extractibilité entre deux modalités d’un sol de pâture à 24 jours de
maturation (Macleod et Semple, 2003): stérilisé (30% de résidus de
14C-Pyr non extractibles)
et non stérilisé (39 % de résidus de
14-C Pyr non extractibles). L’activité biologique intense
produit dans le sol plusieurs métabolites de HAP. Ces métabolites (quinones, intermédiaires
hydroxylés et carboxylés) beaucoup plus réactifs que les molécules mères non substituées
vont induire la formation de liaisons avec le sol. La fraction humique est la partie réactive du
sol. Des liaisons covalentes de type éther, ester et carbone-carbone, catalysées par des
enzymes ou issues de réactions d’oxydation vont se former entre le métabolite fonctionnalisé
et la matrice. Ces métabolites incorporés dans les structures du sol représentent la majorité
des résidus liés non extractibles par des solvants tels que le méthanol ou l’acétone
(Eschenbach et al., 1998 ; Kästner et al., 1999 ; Richnow et al., 1997 ; Smith et al., 1999).
Tableau 14 : Extractibilité de 4 HAP par du butanol après 120 jours de maturation dans des
sols en fonction du taux de matière organique (Bogan et al., 2003)
Molécule Log Kow % MO du sol
2,32 3,58 5,78 9,13 11,16 24,28
Fluo 4,02 52 39 47 23 18 0,3
Phé 4,35 20 19 21 9 7 3
Pyr 4,93 25 20 24 10 10 6
B[a]P 6,11 39 23 22 16 16 13
Tableau 15 : Extraction du
14C-Phé et
14C- B[a]P du sol avec deux solvants différents en
fonction du temps de maturation (en jours) et du solvant (Northcott et Jones, 2001).
Molécules Temps de maturation Butanol Dichlorométhane
10 99
aA90
aB21 95
aA94
bA53 97
aA92
cB170 96
aA92
cBPhé
259 92
bA90
dB10 90
aA83
aB21 82
bA83
aA53 80
bA77
bA170 76
bA73
cBB[a]P
259 73
bA68
dBLes valeurs d une colonne avec la même lettre minuscule ne sont pas significativement différentes ; les valeurs une même ligne avec une lettre majuscule identique ne sont pas significativement différentes à p< 0,05.