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Submitted on 3 Feb 2016
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Modélisation de la dynamique des HAP dans les sols agricoles recevant des apports de produits résiduaires
organiques
Khaled Brimo, Patricia Garnier, Stéphanie Ouvrard
To cite this version:
Khaled Brimo, Patricia Garnier, Stéphanie Ouvrard. Modélisation de la dynamique des HAP dans les sols agricoles recevant des apports de produits résiduaires organiques. 3. Rencontres Nationales de la Recherche sur les Sites et Sols Pollués, Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME). FRA., Nov 2014, Paris, France. �hal-01260992v2�
Mod´ elisation de la dynamique des HAP dans les sols agricoles recevant des apports de produits r´ esiduaires
organiques
Khaled Brimo, Patricia Garnier, St´ ephanie Ouvrard
To cite this version:
Khaled Brimo, Patricia Garnier, St´ephanie Ouvrard. Mod´elisation de la dynamique des HAP dans les sols agricoles recevant des apports de produits r´esiduaires organiques. 3. Rencontres Nationales de la Recherche sur les Sites et Sols Pollu´es, Nov 2014, Paris, France. ADEME Editions, 2014. <hal-01260992v2>
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´emanant des ´etablissements d’enseignement et de recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires publics ou priv´es.
Modélisation de la dynamique des HAP dans des sols agricoles recevants des apports de produits résiduaires organiques
Khaled BRIMO1,2, Patricia GARNIER 1*, Stéphanie OUVRARD 2*
1 : UMR INRA/ AgroparisTech Environnement et Grandes Cultures, 78850 Thiverval- Grignon
2 : UMR 1120, UL-INRA/ Laboratoire Sols et Environnement, 54518 Vandoeuvre Lès- Nancy
Résumé
Ce travail vise à modéliser la dynamique des contaminants organiques que sont les HAP dans un sol agricole. Un modèle qui est en cours de développement au sein de la plateforme SOL VIRTUEL. Le modèle est fabriqué à partir de l’association de différents modules décrivant les processus majeurs gouvernants le devenir des polluants organiques. Il sera ensuite calé avec des données obtenues pour des faibles niveaux de contaminations apportées par des amendements organiques (site Feucherolle-78). Le modèle sera capable de rendre compte de l’évolution des polluants organiques dans ces sols potentiellement contaminés. Il testera différents scénarios de restauration des sols ce que nous permettra de prédire des risques environnementaux liés à ces polluants organiques dans le sol, l’eau du sol et la plante. Nous présentons dans ce poster les résultats préliminaires du travail.
Introduction
Le développement industriel et l’utilisation plus importante des produits résiduaires organiques dans l’agriculture ont induit une forte augmentation de la concentration des contaminants organiques tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les Biphényles polychlorés (PCB) et les antibiotiques dans les sols des zones péri-urbaines. Ces substances sont peu biodégradables (persistantes). De plus elles engendrent des dommages sanitaires et écologiques à partir de doses très faibles [10]. De ce fait, la migration de ces micropolluants vers les eaux souterraines par lixiviation, vers les eaux de surface par ruissellement, ou bien par la pénétration dans la chaîne alimentaire via les plantes est préoccupante en raison de leur toxicité en faible concentration [4, 10]. Il est donc important de prédire leur devenir à long terme dans les sols pour évaluer les risques environnementaux.
Dans la littérature, on trouve très peu de travaux portant sur la modélisation de l’évolution de la disponibilité des contaminants organiques dans les sols, et la plupart des modèles de polluants organiques sont des modèles des pesticides qui ne prennent pas en compte l’interaction avec les matières organiques. Les récentes études ont mis en évidence que les matières organiques sont les vecteurs majeurs gouvernant le transport des micropolluants organiques et donc leurs concentrations et distributions dans le sol [2, 9]. De nombreux travaux montrent que la dissipation des contaminants organiques, tel que les HAP, est stimulée en présence de plantes [6,1]. L'hypothèse la plus fréquemment émise est que les exsudats racinaires libérés par les plantes stimulent la microflore du sol. Cependant les mécanismes ne sont pas encore bien compris et des effets d'inhibition à partir de plantes ou d'exsudats ont été observés [3, 5]. De plus, de fortes associations avec les matières organiques engendrant de faible disponibilité des polluants dans le sol ont été observées [8].
L’objectif général dans laquelle s’inscrit cette étude est de mettre en place un modèle complet décrivant des différents processus en interaction dans le sol afin de prévoir l’évolution d’une contamination organique potentielle lié à l’apport de produits résiduaires organiques, et de l’utiliser ensuite pour tester différentes stratégies d’utilisation de ces produits.
Le modèle que nous développerons permettra de décrire les processus de la dynamique des contaminants organiques dans un sol en interaction avec :
1. La matière organique fraiche ou endogène (MO) sur laquelle les polluants vont s’adsorber. Un modèle d’interaction entre les matières organiques et les contaminants organiques a été proposé pour le compostage |7] et pourrait être étendu au sol
2. Les microorganismes du sol qui dégradent les polluants organiques ou participent à la formation des résidus liée soit par métabolisme spécifique soit par co-métabolisme [4, 9].
3. Les plantes qui vont adsorber ou/et libérer des enzymes par les racines ce qui permet une stimulation efficace de la microflore du sol et donc une augmentation de la biodégradation.
Ensuite, le modèle sera calé dans une situation de teneur en polluants organiques faible apportés par des amendements organiques dans une parcelle agricole.
Matériels et méthodes
1. La plateforme sol virtuel de l’INRA (http://www6.inra.fr/sol_virtuel)
Notre modèle sera développé au sein de la plateforme SOL VIRTUEL (http://www6.inra.fr/sol_virtuel) pour coupler différents modules de simulation numérique du fonctionnement du sol et de l’interface sol- plante. Certains modules sont déjà disponibles dans la plateforme, tandis que d’autres seront ajoutés à partir de modèles existants dans la littérature. Elle a pour ambition d’offrir une représentation du sol et de ses interactions physiques, chimiques et biologiques.
Nous présentons ci-dessous un schéma numérique initial appelé « squelette » contenant les différents modules constituants du modèle envisagé (figure 1). Il s’agit d’une représentation obtenue par «sol virtuel- processus » montrant les interactions et les dépendances entre les différents modules (un module exprime un seul processus) calculés par la plateforme. L’étape suivante, dans la construction du modèle, sera d’attacher tous ces modules. Il reste enfin d’assembler tous ces modules dans « sol virtuel-model » pour obtenir le model envisagé.
Figure 1. visualisation des processus et des facteurs externes gouvernants le modèle. Les points rouges et bleus indiquent des sorties et entrées, respectivement. Les ovales sont des
processus tandis que les losanges sont des facteurs externes.
2. La base de données utilisée
Le site expérimental de Feucherolles (http://www.allenvi.fr/?page%20id=537) est un dispositif de 40 parcelles agricoles situé sur la commune de Feucherolles (78) ayant subi depuis 1998 l’apport de 4 types de produits résiduaires organique tous les deux ans. Les données acquises le long de profil de sol sont : la teneur en eau, la température, la concentration en azote, et les teneurs en polluants organiques comme les HAP et PCB. Ces dernières sont mesurées tous les 2 ans dans les composts qui arrivent et tous les 4 ans dans le sol. De plus, les flux de carbone soluble et de polluants organiques sont mesurés par des lysimètres.
Ces données expérimentales serviront comme « input » du modèle et pour aider au calage des paramètres du modèle.
Résultats
Nous présenterons les résultats préliminaires de modélisation obtenus avec notre nouveau modèle.
Remerciements :
Cette étude bénéficie du soutien financier de l’agence française de l’environnement et de la maitrise de l’énergie (ADEME) dans le cadre du projet de ma thèse 2013-2016.
Bibliographie
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