L’ensemble des références mentionnées ci-dessus tend à démontrer que les écorces d’arbres constituent une matrice de grande importance pour étudier les dépôts atmosphériques mais, aussi, qu’il s’agit d’une matrice complexe dont la réactivité n’est que très partiellement connue.
I.4. Objectif de la recherche
Comme dans le cas de la surveillance des eaux potables phréatiques et de surface, une surveillance de la contamination de l’air s’est progressivement mise en place. Elle fait actuellement l’objet d’une démarche multiple visant à bien connaître et améliorer la situation. Cette démarche consiste à : 1) identifier les polluants atmosphériques présents, 2) les quantifier régulièrement, 3) analyser les processus d’émission, de distribution, de transformation et d’impact pour la planète, le climat et le vivant, 4) définir les stratégies susceptibles de réduire voire annuler les polluants dangereux, 5) évaluer les résultats obtenus et à qualifier, par la modélisation, les tendances globales. Cette stratégie se fonde sur la coordination de trois effecteurs : 1) l’Etat, en activité associative avec la communauté Européenne formule une "loi sur l’air" (Loi n° 96-1236 du 30/12/96 sur l'air et l'utilisation rationnelle de l'énergie, Journal Officiel du 1er janvier 1997) qui définit le champ de ce qui est autorisé et de ce qui ne l’est pas, avec une capacité d’intervention basée sur ses agences et services (ADEME, DREAL). Le suivi précis des situations régionales et départementales est assuré par ; 2) un réseau national d’associations agréées, reconnues d’utilité publique, dont, pour l’Isère l’ASCOPARG est l’exemple type et 3) des laboratoires de recherche essentiellement publics mais pouvant également faire partie de grandes firmes industrielles qui assurent le travail d’analyse et d’évaluation. Cette stratégie, qui fonctionne depuis plusieurs décennies a déjà porté ses fruits et permis des progrès essentiels dans la connaissance des processus (par exemple, la contamination des glaces au niveau des pôles, témoin de procédures de transfert à grandes distances des polluants (Bargagli, 2000 ; Sanchez-Hernandez, 2000 ; Choi et al., 2008)), dans l’induction de réduction des émissions (contrôle des établissements industriels par la DREAL), l’interdiction d’usage de certains composés (nombreux organochlorés, pyralène, fluorocarbones, amiante, plomb tétraéthyle…), la mise au point de procédures d’alerte (ozone…), l’innovation concernant les filtres des incinérateurs, les pots d’échappement des voitures, etc… Cependant, la capacité de contrôle de la composition atmosphérique, base du système, ne peut être ni généralisée spatialement, ni
être constante. On a donc compris depuis les années 70 (Barnes et al., 1976) que l’étude de matrices capables de cumuler des dépôts atmosphériques pouvait apporter une information précise, à la fois sur la distribution spatiale cumulée des polluants (pouvant mener à la détection des zones à risque) et sur la nature et l’intensité du dépôt sur des pas de temps longs. C’est ainsi que les méthodes de bioindication et de bioaccumulation évoquées précédemment se sont développées, pratiquement depuis les années 70, avec des lichens, des mousses, des écorces et des cernes d’arbres. Ces pratiques ont rapidement donné des résultats qui ont débouché sur des suivis utilisables pour les pouvoirs publics, en particulier dans les procédures d’étude d’impact. Le paradoxe de cette situation est que l’utilisation a précédé et, en quelque sorte dénaturé l’explication en s’installant dans un empirisme qui avait l’avantage apparent de la simplicité. Donner à cette pratique un vrai contenu scientifique devenait ainsi souhaitable. Nos premières approches ont montré que les processus de dépôt, d’accumulation, de transit interne, de mélange avec les éléments biologiques structurels étaient, dans une écorce d’arbre, d’une très grande complexité, et, de plus, évidemment dépendant de l’espèce de végétal considérée et de son âge.
C’est là que se situe l’origine de cette thèse qui se veut fondamentalement méthodologique et apte à créer les bases solides de nouveaux progrès dans l’usage de la bioindication et de la bioaccumulation des polluants atmosphériques élémentaires par les arbres, en accord avec le titre de ce manuscrit.
Le principal objectif était d’étudier les dépôts de polluants atmosphériques dans la cuvette grenobloise, zone enclavée propice au cumul de polluants atmosphériques, en utilisant différentes matrices, dont l’écorce des arbres que nous avons étudiée dans le détail. On pouvait attendre de cette étude qu’elle puisse permettre d’élaborer une méthode fiable et peu coûteuse d’évaluation du niveau de pollution atmosphérique inorganique d’un site, d’une part sur des pas de temps longs (étude chronologique), et d’autre part sur de longues distances (étude cartographique).
Cette étude fait suite aux travaux coordonnés par Jean-Luc Jaffrezo, de 2000 à 2005, dans le cadre du programme POVA (Pollution des Vallées Alpines) auquel notre équipe a participé.
I.4. Objectif de la recherche
Les différents travaux de cette thèse, dont les résultats ont déjà fait l’objet de publications indexées sont les suivants :
1) Etude de la physiologie du végétal et couplage à des méthodes de physicochimie analytique afin de comprendre les processus d’intégration et de cumul des polluants inorganiques d’origine atmosphérique dans les différents tissus d’une tige (publication 1).
2) Etude des caractéristiques du dépôt de surface (dynamique d’accumulation, observations microscopiques, détermination de la composition élémentaire…) afin d’établir une méthode permettant d’identifier la part de chaque élément issu des activités anthropiques (publication 2).
3) Etude méthodologique du couplage de trois techniques analytiques (ICP-MS, PIXE et SEM-EDX) visant à obtenir une meilleure compréhension des mécanismes d’intégration et de stockage des polluants inorganiques d’origine atmosphérique sur et dans les écorces des arbres (publication 3).
4) Etude du phénomène d’intégration tissulaire de polluants atmosphériques inorganiques à l’état solide (particulaire) et/ou dispersé (ionique) par l’observation in situ (SEM-EDX) et par la mise en place d’une méthode de traitement ménagé des cendres (publication 4).
5) Etude comparative des dépôts atmosphériques sur les écorces d’arbres et de la distribution des populations de lichens dans un ENS (Espace Naturel Sensible) dans un massif alpin surplombant la ville de Grenoble (publication 5).
6) Développement d’un outil de mise en évidence de polluants inorganiques à l’état de traces dans des échantillons d’origine végétale par une incinération suivie d’une extraction ménagée (publication 6).
Publication 1 : Catinon, M., Ayrault, S., Daudin, L., Sevin, L., Asta, J., Tissut, M., Ravanel, P., 2008. Atmospheric inorganic contaminants and their distribution inside stem tissues of Fraxinus excelsior L. Atmospheric Environment 42, 1223-1238.
Publication 2 : Catinon, M., Ayrault, S., Clocchiatti, R., Boudouma, O., Asta, J., Tissut, M., Ravanel, P., 2009. The anthropogenic atmospheric elements fraction: a new interpretation of elemental deposits on tree barks. Atmospheric Environment 43, 1124-1130.
Publication 3 : Ayrault, S., Catinon, M., Clochiatti, R., Tissut, M., Asta, J., 2009. Complementarity of analytical tools in biomonitoring studies. Journal of
Publication 4 : Catinon, M., Ayrault, S., Boudouma, O., Asta, J., Tissut, M., Ravanel, P., 2009. The inclusion of atmospheric particles into the bark suber of ash trees.
Chemosphere 77, 1313-1320.
Publication 5 : Agnello, G., Catinon, M., Ayrault, S., Asta, J., Tissut, M., Ravanel, P., 2009. A comparative study of atmospheric deposits and lichen populations in a protected alpine area in the Grenoble region. International Journal of
Environment and Health. (Submitted).
Publication 6 : Catinon, M., Ayrault, S., Boudouma, O., Tissut, M., Ravanel, P. The tree bark suber: a noteworthy site where to study atmospheric elements long-term accumulation. (in prep.).
Chapitre II
Matériel et méthodes
SommaireII.1. Définition de la station expérimentale... 58