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Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (France). Délégation régionale (Pays de la Loire)

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Résumé

Fruit d'une recherche à visée opérationnelle soutenue par l'ADEME pour aider à améliorer les pratiques de gestion des sites pollués, notamment, au travers de son appel à projets GESIPOL (Recherche pour la gestion intégrée des sites pollués), la série de projets présentée lors de ce séminaire organisé par l'ADEME, sont relatifs aux phases de (1) caractérisation des milieux, des contaminations et de leurs impacts potentiels (2) d'évaluation des expositions et des effets de la pollution des sols sur la santé humaine et les écosystèmes et (3) pour faciliter l'intégration des sites et friches pollués dans les stratégies urbaines. Le recueil constitué comme support de communication sur les projets cofinancés par l'ADEME et d'autres dispositifs et leurs résultats, est présenté sous la forme de fiches de synthèse détaillant :<br />- le financement<br />- le calendrier<br />- les partenariats<br />- les moyens<br />- les méthodes<br />- les résultats des projets<br />Cette présentation et les diaporamas des intervenants proposés à l'appui visent à démontrer le potentiel de transfert opérationnel de ces projets vers les utilisateurs finaux.<br /><br /><br /><br />

Editeur

Ademe

Descripteur Urbamet

innovation ;pollution du sol ;dépollution ;friche industrielle ;recherche ;méthode ;diagnostic

Descripteur écoplanete

sol pollué ;site pollué ;analyse du risque ;évaluation du risque ;gestion du risque ;risque sanitaire

Thème

Ressources - Nuisances

Texte intégral

Présentations du mercredi 10 mai 2017 Mercredi 10 mai 2017 Outils biologiques de caractérisation de terrain Projets IFONS, APPOLINE, BIODISSPOL Outils et méthodes de caractérisation de terrain Projets CISTTEM, CONTRASOL, MEMOTRACES Transfert et impacts vers le vivant (approches sanitaires et environnementales) Projets TROPHE, TROPE, BIOTROPH, ODESSA Outils biologiques de caractérisation de terrain Cécile Grand ­ ADEME Outils biologiques de caractérisation de terrain · Les outils biologiques de terrain · · Complémentarité des outils biologiques avec les outils physico-chimiques Répondre à un besoin de mieux comprendre le fonctionnement biologique des sols · Une dizaine de projets engagés régulièrement depuis 10 ans · 2008 ­ 2016 : 2 M d'aide pour 4 M de dépense engagés par les équipes de recherche · Différentes formes de valorisations · 2 start-up ELISOL et · LEB Aquitaine transfert 2 normes : Rhizotest - norme biomarqueur végétaux · WEB site http://ecobiosoil.univ-rennes1.fr/ADEME-Bioindicateur/ Outils biologiques de caractérisation de terrain · Les avancées majeures au travers de ces projets, c'est aussi Création d'un réseau d'experts nationaux (22 équipes de recherche - 70 partenaires) Outils biologiques de caractérisation de terrain · Les orientations actuelles Acquérir un retour d'expériences dans le cadre d'un projet de reconstruction de sols dégradés (bio-technosols permettant de réduire l'apport de terre végétale) pour l'évaluation environnementale de ces sols reconstruits. Promouvoir leur utilisation dans le cadre de l'évaluation des services écosystémiques (utilisation des bioindicateurs dans la quantification des fonctions du sol). Caractérisation de terrain CISTTEM CONTRASOL CAFRAGES REITERRE MEMOTRACES CALIPSO MOUSSE 3D ESOPOL CAPHEINE BIOTUBES CubicM ESPER Bilan de Flux Cinétiques-Bio-COHV OREOS METOTRASS SOSIE MICROSCOPE IFONS Benchmark COV CAFRAGES MISS APPOLINE Biologiques PIT Physico-chimiques MACAOH ATTENA ATLANTIDE BIODISSPOL REMWATCH OBISSOL RESOLU Données multiniveaux METROCAP COPACOV CITYCHLOR PASSCITYCHLOR CARACITYCHLOR DGT PASSIFLUX Préleveur Ciblé PEMN 7 Outils biologiques de caractérisation de terrain Hélène Roussel ­ ADEME Projet IFONS PROJET IFONS - INDICATEURS DU FONCTIONNEMENT DES SOLS CONTAMINÉS : UTILISATION DES «LITTER BAGS» COMME OUTIL INTÉGRATEUR Antoine Lecerf, Michaël Danger, Franck Gilbert, Elisabeth M Gross, Pierre Lucisine, Florence Maunoury-Danger Responsable ADEME: Hélène Roussel CONTEXTE DU PROJET XIXème siècle => industries sidérurgiques ou minières Friches industrielles Pollutions HAP, métaux Souvent multiples Restauration des sites contaminés (stabilisation, dépollution...) ? Besoin d'indicateurs du fonctionnement Évaluation du niveau d'altération (puis évaluation de la restauration) RECYCLAGE DE LA MATIÈRE ORGANIQUE: UN PROCESSUS CLEF... Printemps ­ été CO2 atmosphérique Absorption Matière minérale: -Éléments nutritifs: N, P, K, Mg... RECYCLAGE DE LA MATIÈRE ORGANIQUE: UN PROCESSUS CLEF... Printemps ­ été CO2 atmosphérique Automne Hiver Chute des feuilles Absorption Faune du sol Litière Matière minérale: -Éléments nutritifs: N, P, K, Mg... Minéralisation Micro-organismes: - bactéries - champignons RECYCLAGE DE LA MATIÈRE ORGANIQUE: UN PROCESSUS CLEF... Printemps ­ été CO2 atmosphérique ? Automne Hiver Chute des feuilles Absorption ? ? Litière ? Faune du sol Matière minérale: -Éléments nutritifs: N, P, K, Mg... - Contaminants: Cd, Pb, As... ? Minéralisation ? ? Micro-organismes: - bactéries - champignons HYPOTHÈSES UTILISATION DE LA DÉCOMPOSITION DES LITIÈRES COMME INDICATEUR FONCTIONNEL DES SOLS POLLUÉS Méthode: Décomposition de la litière in situ Récolte des litières en automne Litter bags Suivi de la perte de masse au cours du temps A L'ÉCHELLE RÉGIONALE Gradient de 10 sites en Lorraine A L'ÉCHELLE NATIONALE Metaleurop, 59 Pour chaque localité 1 site contaminé 1 site non contaminé Zn, Pb, Cd, Sb GISFI, Homécourt, 54 HAP + Zn, Pb, As Pompey, 54 Pb, As St Sébastien d'Aigrefeuille, 30 St Laurent le minier, 30 Zn, Pb, Cd,Sb, As Cleurie, 88 Sb, Zn, Pb, Cd, As As Industeel France, Châteauneuf, 42 Cr, Ni, Co Salsigne, 11 Cr, Cu, Ni, Zn, Co, Pb, Cd, Mo, As RÉSULTATS Pas d'effet de la contamination du sol sur la décomposition des litières! Lille 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 0 100 200 300 100 80 60 Homécourt 100 80 60 40 20 0 0 100 Pompey 100 80 60 40 20 0 Cleurie Masse restante de li ère (%ini al) 40 20 0 200 300 0 100 200 300 100 80 60 40 20 0 0 100 Saint-E enne 100 80 60 40 20 0 Saint-Sébas en 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 0 100 Saint-Laurent 100 80 60 40 20 0 Salsigne 200 300 200 300 0 100 200 300 Temps d'exposi on (jours) RÉSULTATS OUI OUI OUI NON Pas d'effet direct, malgré des modifications des communautés! Comment le fonctionnement du sol peut il être maintenu? Priorité n°1 si modification de ce fonctionnement! Méthode d'évaluation robuste pour les mesures de restauration Mise au point d'une méthode simple, comme outil d'évaluation... MISE AU POINT D'UNE MÉTHODE SIMPLE, COMME OUTIL D'ÉVALUATION... C D E Perte de résistance de bandes de coton Capacité des microorganismes d'un sol à dégrader la cellulose constitutive d'une bande de tissu en coton (Obbard & Jones, 1993) Résistance à la traction de bandes de coton après incubation sur le terrain Coton non blanchi Substrat artificiel facile à mettre en oeuvre Parois végétales Fibres de coton: cellulose MISE AU POINT D'UNE MÉTHODE SIMPLE, COMME OUTIL D'ÉVALUATION... Test Corrélations entre décomposition des litières et dégradation du coton La dégradation du coton est un bon outil pour évaluer la capacité de décomposition des sols *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** MISE AU POINT D'UNE MÉTHODE SIMPLE, COMME OUTIL D'ÉVALUATION... Guide d'aide à la décision (cf film & rapport) Bande de coton Litière témoin Litière du site Avantages Processus mesuré Matériel standard: dégradation de la cellulose, idéal pour la comparaison entre plusieurs conditions Inconvénients Ne mesure pas la décomposition « vraie » de la matière organique, mais celle de la cellulose Avantages Mesure la décomposition d'un « vrai » substrat organique = Adapté aux études comparatives Inconvénients Ne mesure pas la variabilité du processus due à la composition des litières Avantages Mesure le « vrai » processus de décomposition de la matière organique avec toute la complexité de la composition de la litière (N, P, polyphénols...) Mesure réaliste du processus de décomposition avec la possibilité d'intégrer l'activité de l'ensemble des acteurs Faibles coûts d'analyses Inconvénients Variabilité intrainter espèces de la composition des litières qui limite les études comparatives Mise en oeuvre / Acteurs en jeu Facile à se procurer, à manipuler, à transporter Processus de décomposition modifié. Intégration principalement de l'action de microorganismes Coût de l'appareil élevé (8 à 10 k) Mesure réaliste du processus de décomposition avec la possibilité d'intégrer l'activité de l'ensemble des acteurs Faibles coûts d'analyses Collecte chronophage, ainsi que la mise en oeuvre (séchage, pesée initiale...) Collecte chronophage, ainsi que la mise en oeuvre (séchage, pesée initiale...) Modifications non biologiques / Coûts associés Pas ou peu de modifications abiotiques (leaching, abrasion physique) Exposition courte qui diminue les risques de perte du matériel (vandalisme, crue) Temps d'exposition Temps d'exposition plus long, plus de risques de perte du matériel Adapté aux études comparatives sur un petit nombre de sites au cours d'une même année Information disponible en 9-12 mois Temps d'exposition plus long, plus de risques de perte du matériel Pas adapté aux études comparatives entre sites, mais fourni une information précise et intégrée sur le fonctionnement d'un site à caractériser. Information disponible en 9-12 mois. Standardisation/ Etudes comparatives Adapté aux études comparatives sur de nombreux sites et interannuelles Information disponible en quelques semaines, protocole facilement standardisable (voire normalisable) PROTOCOLE FILMÉ DE MISE EN OEUVRE DE LA MÉTHODE « BANDES DE COTON » Outils biologiques de caractérisation de terrain Marina Le Guédard ­ LEB Aquitaine Projet APPOLINE APPLICABILITÉ À L'ÉTUDE DES SITES POLLUÉS DU BIOMARQUEUR LIPIDIQUE DES VÉGÉTAUX ET DU BIOINDICATEUR NEMATOFAUNE Marina Le Guédard, Jean-Jacques Bessoule, Cécile Villenave, Hélène Cérémonie, Olivier Faure, Gérald Fayolle, Jean-François Nau 25 CONTEXTE Evaluation des risques liés à une pollution du sol PHYSICOCHIMIE Identification/Quantification de certains contaminants Biodisponibilité/transfert de contaminants Etat écologique des sols/impact global sur l'écosystème BIOINDICATEURS Paramètres Biologiques Bioaccumulation Impact/effet COMPLEMENTARITES DES OUTILS CONTEXTE 2004-2012 : https://ecobiosoil.univ-rennes1.fr/ADEME-Bioindicateur/ BIOINDICATEURS D'EFFETS BIOINDICATEURS D'ACCUMULATION Microbiens Nématodes Vers de Terre Oméga-3 Végétaux SET-Escargots CMT-Végétaux Existence d'outils pertinents et efficaces pour «l'évaluation des risques écologiques» de la contamination des sols Très peu d'études portant sur des cas concrets utilisation encore peu fréquente 27 OBJECTFS DU PROGRAMME (GESIPOL 2013) 1. Préciser les conditions d'utilisation et les champs d'applications de certains outils biologiques issus du programme BIO2 ­ Contextes différents de phytostabilisation ­ Pollutions organiques posant des problèmes sociétaux et réglementaires 2. Analyser le retour d'expériences dans des opérations de démonstration afin de montrer leur intérêt auprès d'utilisateurs potentiels ­ Analyse et compréhension des outils par un BE sites et sols pollués ­ Mise en cohérence de la démarche scientifique avec les besoins opérationnels des utilisateurs potentiels ­ Mise en place de documents de communication pour faciliter l'utilisation de ces nouveaux outils par les utilisateurs potentiels 28 OUTILS BIOLOGIQUES ETUDIES Bioaccumulation Indice CMT-végétaux : Transfert métaux sol plante Etat et fonctionnement du sol Indice Nématodes : Mesure des communautés nématofauniques ISO 10 872 20 Santé des végétaux Indice Oméga-3 Mesure de l'impact sur les lipides XP XP X31-233 Indice CMT-végétaux 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 ISO 23611-4 ISO CD 21479 Aucun transfert anormal Transfert faible Transfert élevé à modéré développement de 4 indices globaux (abondance et diversité) Control A 30% 50% polluted polluted Existence de référentiels issus du programme Bioindicateurs (modalités agricoles, forêts, sites pollués) 29 CHAMPS D'APPLICATIONS Saint-Cyprien (42) Châteauneuf (42) Contamination PCBs, dioxine et furanes Changement d'usage (photovoltaïque) Contamination poly-métallique Phytostabilisation en cours d'essai pilote La combe du Saut (11) Contamination As Excavation + Phytostabilisation ancienne (2009) 30 EXEMPLE D'APPLICATION Site Physafimm : Contexte Crassier Industeel-Loire/Arcelor-Mittal (Décharge de co-produits d'activité métallurgique utilisée de la fin du 19ème siècle jusqu'au début des années 2000) Forte contamination poly-métallique (Cr, Ni, Cu, Zn, ...) As Crassier TAH* VSI** 72 8,3 ND Cd 2.1 0,40 0,70 Cr 5558 53 100 Cu 431 14 35 Mo 502 0,53 ND Ni 1859 19 70 Pb 221 30 60 Zn 617 67 150 Données issues du rapport Physafimm (contrat ADEME n° 0872C0119) Problème d'envol de poussières Impact paysager négatif © O. Faure 31 EXEMPLE D'APPLICATION Site Physafimm : Contexte Dispositif expérimental 3 modalités d'amendements (Bois Rameaux Fragmentés) BRF (Matière d'Intérêt Agronomique Issus du Traitement des Eaux) NPK BRF MIATE BRF NPK MIATE Sans amendement (NPK) © O. Faure MIATE NPK MIATE BRF 32 EXEMPLE D'APPLICATION Effet de l'amendement sur la mobilité des ETMs? 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Indice CMT BRF MIATE NPK/rien Végétation accumule ETMs en quantité supérieure à celle d'une végétation non contaminée (CMT>0). Cependant, diminution de l'accumulation des ETMs dans les végétaux présents sur les parcelles amendées (MIATE et BRF) 33 EXEMPLE D'APPLICATION Evaluation de l'impact des amendements sur la végétation en place Indice Oméga-3 1 0,9 NOTE 0,8 0,7 0,6 0,5 BRF MIATE NPK/rien Apport MIATE et BRF permet d'améliorer la « qualité » du sol pour les végétaux. 34 EXEMPLE D'APPLICATION Etat du fonctionnement biologique du sol Indice Nématodes Les apports des amendements MIATE & BRF ont un effet positif sur le développement d'une activité biologique dans le sol Celle-ci reste toutefois restreinte à un nombre extrêmement limité de groupes fonctionnels 35 TRANSFERABILITE DES OUTILS Oméga-3 Nématodes Outils évalués par un BE pour mettre en avant leur apport potentiel dans le diagnostic, l'élaboration et le suivi de plan de gestion (ou de réhabilitation) de sites "pollués". CMT-Végétaux Dans le domaine des sites et sols pollués, ils peuvent être utilisés pour : · · · Gestion de site et sols pollués (caractérisation biologique des sols, évaluation des risques écologiques ou des techniques de phytomanagement) Etudes environnementales et réglementaires (études d'impacts, pour répondre à des besoins réglementaires) Réaménagement de friches industrielles (utilisation du sol comme support de biodiversité, aménagement d'une friche en parc urbain) 36 CONCLUSIONS 1) Création de fiches détaillées des outils biologiques existants https://ecobiosoil.univ-rennes1.fr/ADEME-Bioindicateur/ 2) Création de fiches synthétiques pour aider les BE et les aménageurs (principes et applications) http://www.ademe.mediatheque.010216.pdf 3) Intégration des outils indice Oméga-3 et CMT-végétaux dans le guide des phytotechnologies appliquées aux sites pollués http://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/phyto_010191.pdf 4) Prise en compte des outils biologiques dans le guide de méthodologie nationale de gestion des sites et sols pollués http://www.installationsclassees.developpement-durable.gouv.fr/Politique-degestion-des-sites-et.html 5) Intégration des outils biologiques pour l'évaluation des risques écologiques de sites et sols pollués dans l'approche TRIADE (norme ISO 19204:2017) 37 Outils biologiques de caractérisation de terrain Jenifer Hellal ­ BRGM Projet BIODISSPOL Projet BioDISSPOL Biomarqueurs microbiens : applicabilité en Diagnostic et Suivi de Site Pollués Projet de 36 mois En cours de réalisation, actuellement en fin de 2ème année 39 Contexte de l'étude · Activité industrielle : pollution des eaux souterraines par des mélanges complexes de polluants · Solvants chlorés (haloalcanes, haloalcènes) o Principaux polluants des eaux souterraines o Persistants dans l'environnement o Très toxiques Perchloroethylene Trichloroethylene (PCE) (TCE) cis-dichloroethylene Vinyle chloride (VC) (cis-DCE) · Remédiation/gestion dépendante d'une bonne compréhension du site => orientation vers des approches de remédiation chimiques ou biologiques Objectifs de BioDISSPOL · Démontrer l'opérationnalité et l'applicabilité de biomarqueurs moléculaires, associés à l'isotopie composé-spécifique (AICS), en diagnostic, surveillance et suivi de sites pollués · Apporter un retour d'expérience sur un site atelier dans le cadre d'une gestion de site · Travailler sur la mise à disposition d'outils plus accessibles en routine pour le diagnostic et le suivi de sites pollués · Valoriser les résultats clés vers les acteurs décisionnels afin de préparer l'opérationnalité de la mesure 41 Les outils utilisés : Analyse Isotopique Composé Spécifique · Prouver l'existence d'une biodégradation in situ · Estimer quantitativement la biodégradation in situ 42 Les outils utilisés : PCR quantitative en temps réel L'abondance d'un gène fonctionnel reflète t-il la dégradation in situ ? ? pceA pceA Quel seuil d'abondance = tceA vcrA bvcA 1- Dégradation in situ ? 2- Dégradation possible avec stimulation ? 3- Besoin de bioaugmenter ? 43 Les outils utilisés : Métagénomique · Identifier et cartographier les communautés microbiennes présentes in situ par séquençage haut-débit · présence de taxons dehalorespirants ? · présence d'autres potentiels métaboliques d'intérêt ? Amplification gène 16S universel => séquençage et identification jusqu'à 20 000 taxons 44 Approche appliquée Chimie : identification et caractérisation de la pollution Isotopie => Fractionnement isotopique des polluants => Confirme si une biodégradation a lieu in situ Abondance gènes spécifiques => Abondance des bactéries dégradantes => Identifie le potentiel de biodégradation in situ Métagénomique => Identification approfondie de tous les genres microbiens => Identifie tout le potentiel biologique in situ Complémentarité pour diagnostic et suivi de site 45 Complémentarité des outils Biodégradation in situ Isotopie Gènes spécifiques Métagénomique Biodégradation in situ Confirme mécanisme(s) de biodégradation Absence ou seuil d'abondance limite Identification potentiel génétique/métabolique Stimulation des bactéries dégradante (ex. nutriments) Choix du mode de gestion du site Activation si faible biomasse dégradante Bioaugmentation si bactéries absentes Traitement chimique 46 Cadre d'application · Polluants ciblés : les solvants chlorés (COV), composés de synthèse très toxiques et volatils, polluants les plus répandus dans les eaux souterraines · Un site atelier principal présentant une nappe souterraine fortement contaminée par des COV · Suivi spatio-temporel : 4 campagnes de prélèvements d'eau dans 12 piézomètres répartis en zone source, panache et franges 47 Cadre d'application · Polluants ciblés : les solvants chlorés (COV), composés de synthèse très toxiques et volatils, polluants les plus répandus dans les eaux souterraines Localisation Source Source Panache Panache Frange Frange Frange PCE 120 80 64 163 <10 <10 <10 TCE 180 214 163 135 <10 <10 <10 cis-DCE 68151 350222 203733 55371 <10 955 710 VC 100 7284 30518 23495 <10 81 64 DCM 7010 2064 1563 1823 <10 214 <10 1,2-DCA 306 1073 196 120 <10 <10 <10 < 500 µg/l Non détécté > 10 000 µg/l 500-10 000 µg/l · Piézomètres contrastés en termes de teneurs en COHVs · Concentration importante en cis-DCE dans les pièzomètres au niveau de la source et du panache de pollution #48 48 Résultats : Isotopie Mesure d'un effet isotopique in situ de la biodégradation des COV : PCE=>TCE=>cDCE=>CV => Biodégradation par déhalorespiration des COV in situ entre la source, le panache et la frange 49 Résultats : Métagénomique Confirmation du potentiel génétique de dégradation microbien : détection de gènes fonctionnels et identification de taxons déhalorespirants · Présence des taxons dehalorespirants Sulfurospirillum dehalorespirans/multivorans et Dehalococcoides GT/FL2/BAV1 Première étapes de dégradation du PCE réalisées préférentiellement dans la source Dégradation jusqu'à l'éthylène préférentiellement dans le panache Résultats à confirmer et à compléter par d'autres approches 50 · · · Résultats : qPCR Abondance gènes biodégradation : Source = Début Panache > Fin panache > Franges 100 m A/R avec le laboratoire · Démonstration en microcosmes de la capacité de dégradation de la microflore du site sur les principaux polluants : PCE, cisDCE, CV, DCM => le potentiel de biodégradation existe in situ · Démonstration de l'augmentation de l'abondance d'un gène bactérien concomitante à la biodégradation du cis-DCE => potentiel biomarqueur d'une biodégradation in situ · Consolidation de la base de donnée des facteurs d'enrichissement isotopiques => nécessaire pour l'estimation du taux de biodégradation in situ 52 Résultats intégrés Chimie : identification et caractérisation de la pollution Isotopie => Confirme qu'une biodégradation a lieu in situ au niveau de la source et du panache Abondance gènes spécifiques => Présence de gènes connues pour la dégradation des COV => Plus abondantes dans la source et le panache Métagénomique => Présences de populations déhalorespirantes Adaptation de la méthode de gestion 53 Organisation d'une journée technique ciblée sur l'utilisation d'outils innovants pour le monitoring de l'environnement (printemps 2018) Contact : j.hellal@brgm.fr 54 Outils biologiques de caractérisation de terrain Hélène Roussel ­ ADEME REGARDS OPÉRATIONNELS Outil biologique de caractérisation Projet PIT (Pollution Investigation by Trees) What trees do ... Phyto-accumulation (elements) Phyto-volatilization (organics) Phytoscreening as outer most ring(s) are sap-enriched Translocation by sap Uptake Fixation Contaminant Dendrochemistry : as annual rings reflect uptake at exposure times Ancienne savonnerie industrielle RENAUD-LUCIENNE à Ploufragan (22) ? Prise en compte des indicateurs biologiques dans le choix des mesures de gestion · Cas du site de Saint-Laurent le Minier (30) Zone d'étude (Secteur étudié découpé en 15 zones) : · · · · · · · · · · · · · · · Secteur A : Parking Cascade Secteur B : Restaurant Secteur C : La Meuse Secteur D : Papeterie sud Secteur E : Papeterie nord Secteur F : Avinières Secteur G : Mas des Avinières Secteur H : Le Martinet Secteur I : Bassins Secteur J : Vallon de la Ferrière Secteur K : Mange-Châtaigne Secteur L : Berges de la Vis Secteur M : Château de Saint Laurent Le Minier Secteur N : Zone du captage AEP (non concernée par pollution) Secteur O : Petit bois de conifères au sud-ouest du restaurant J I K I F G H E D M C B A N O 63 Zone d'étude · Synthèse des investigations (2011-2014) · Bilan état des milieux : · Hiérarchisation des zones selon 2 types de critères : Critères liés à l'état des sources : · Teneurs en polluants (traceur = teneur maximale en plomb mesurée dans les sols superficiels) : 1= < 10 000 ; 2=10 000 à 20 000 ; 3= 20 000 à 30 000 ; 4= 30 000 à 40 000 ; 5 = > 40 000 mg/kg MS de plomb ; · Surface de sol nu de la zone source : < 1 000 ; 3 000 ; 5 000 ; 10 000 ; > 10 000 m² ; Critères liés à la mobilité des polluants : · Transfert vers les populations humaines : fréquentation, couverture, poussières ; · Transfert vers les milieux air et eaux: érosion, ruissellement, stabilité, poussières ; · Transfert vers les chaînes trophiques : biodisponibilité animale et végétale. -> Notation quantitative ou qualitative entre 1 et 5 pour chaque critère : hiérarchisation des sources 65 · Hiérarchisation des zones selon 2 types de critères : Teneur en Surface de sol nu de Transfert vers les populations Transfert vers les polluants la zone source Sous-total humaines milieux air et eaux Coefficients de pondération Avinières Bassins n°1 à 3 Papèterie Nord Le Martinet Mange-Châtaigne Papèterie Sud La Meuse Vallon de la Ferrière Bassins n°4 et 5 Petit Bois Mas de Avinières Parking Cascade Château 4 5 5 4 5 5 3 4 4 3 5 3 1 1 3 5 4 1 2 4 2 2 2 2 1 2 2 1 35 32 19 26 32 18 22 22 18 23 18 10 7 5 5 4 5 4 1 4 2 1 1 1 1 3 3 2 4 5 5 3 5 1 3 5 5 1 1 2 1 Transfert vers les chaines trophiques 1 3 5 3 3 5 2 4 5 5 4 5 1 1 Total 71 67 57 55 52 42 42 42 38 34 30 30 25 66 · Prise en compte de la mobilité dans les priorités Les notes de priorité non modifiées par la prise en compte de la mobilité des ETM se situent sur la diagonale ; celles qui passent au dessus en intégrant la mobilité deviennent plus prioritaires, celles qui passent en dessous deviennent moins prioritaires 67 Tableau de hiérarchisation des zones Classement 1 Zone Les Avinières ­ Zone F Priorité 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Les bassins n°1 à 3 - Zone I La Papèterie Nord - Zone E Le Martinet ­ Zone H Mange-Châtaigne ­ Zone K La Papèterie Sud ­ Zone D La Meuse ­ Zone C Le Vallon de la Ferrière ­ Zone J Les Bassins n°4 et 5 ­ Zone I Le petit bois ­ Zone O Le Mas des Avinières ­ Zone G Le Parking de la Cascade ­ Zone A Le Château ­ Zone M Faible Moyenne Forte 68 Outils et méthodes de caractérisation de terrain Hélène Roussel ­ ADEME Patrick Charbonnier ­ Arcelor Mittal Outils et méthodes de caractérisation de terrain Valérie Laperche ­ BRGM Projet CISTTEM Projet CISTTEM Caractérisation In Situ de matrices contaminées par des composés volatils : Teneur Totale et première Estimation de la Mobilité Valérie Laperche, Valérie Guérin, Benjamin Girardeau1, Bruno Dubéarnès2, Martin Gaboriau, Philippe Tresca3 et Coralie Monferran4 1: BRGM; 2 : EauGéo; 3 : TESORA; 4 : FONDISBIORITECH Objectifs Le projet CISTTEM s'inscrit dans une démarche d'amélioration des outils de caractérisation des milieux en proposant d'améliorer et de consolider les méthodes de diagnostic de sites et la caractérisation des sources de pollution afin d'améliorer l'évaluation des transferts. · Valider l'utilisation sur site de l'HAPSITE en SSP pour la mesure de composés organiques volatils, · Approcher la mobilité au plus près des conditions de terrain. 72 Plan · Méthodologie retenue · Présentation de l'appareil testé · Résultats en terme d'analyse sur site · Propositions de protocoles d'estimation de la mobilité · Conclusions et perspectives Méthodologie · Tests de 3 appareils : · AccuSense® de chez SEER Technology, Inc., · TRIDIONTM-9 de chez TORION, · HAPSITE ER® de chez INFICON. · Choix de la GC : · Facilité d'utilisation, · Mode d'injection, · Performance (identification, semi-quantification). · Approche de la mobilité : · Identification de protocoles, · Test sur site. Présentation de l'appareil : HAPSITE ER · GC/MS (Chromatographie en phase Gazeuse couplée à un Spectromètre de Masse), · Appareil indépendant : peut être utilisé sans PC, autonome / alimentation et gaz, · Temps de mise en route : 45 min (chauffe de l'instrument + tests de fonctionnement) > Autonomie des batteries : ­ Autonomie : 2-3 h ­ Temps de charge : 14-20 h · Analyse direct de l'air ambiant ou du sol, ou analyse de l'air l'espace de tête d'un flacon contenant un échantillon liquide ou solide (préalablement chauffé ou non). Nombre d'analyses par heure Nombre d'analyses par jour Analyse 3-4 20-25 Analyse + Traitement 1 6-7 Retour d'expérience sur site pollué · Sniffing en tête d'ouvrage · Prélèvement d'eau Retour d'expérience sur site pollué · Sondage Analyse solide Lixiviation eau > 77 · Les + · Appareil assez simple à prendre en main en utilisation courante même pour des non chimistes, · Possibilité de portabilité pour des mesure en tête de piézair. · Les ­ · Autonomie des batteries (nécessité d'avoir 3 batteries), · Besoin d'accessoires complémentaires en cas de températures basses. Retour d'expérience sur site pollué Résultats en terme d'analyse sur site · Qualification pour 29 composés ciblés ­ ­ ­ ­ COHV (16) BETX (8/10) Hydrocarbure (2) HAP (1) · Dispose de la bibliothèque NIST Remarque : les m et p xylènes ne sont pas différenciables et sont analysés sous forme de somme. Idem pour les m et p ethyltoluène. 1,1 dichloroethene dichloromethane trans 1,2 dichloroethene cis 1,2 dichloroethene chloroforme 1,2 dichloroethane 1,1,1 trichloroethane benzene trichloroethylene toluene tetrachloroethylene ethylbenzene m + p xylene styrene o xylene isopropyl benzene m + p ethyltoluene 1,3,5 trimethylbenzene o ethyltoluene 1,2,4 trimethylbenzene 1,4 dichlorobenzene decane 1,2 dichlorobenzene 1,2,4 trichlorobenzene naphthalene 1,2,3 trichlorobenzene dodecane Résultats en terme d'analyse sur site · Dans la majorité des cas : une bonne correspondance. · Détection de composés non pré-sélectionnés dans le pack analytique à des concentrations de l'ordre de quelques µg/L et ppb : · Ex. : Lors d'une campagne le o-éthyltoluène et le m+p éthyltoluène ont été ajoutés au « pack labo » suite à leur analyse sur site par l'HAPSITE. · Des différences entres composés détectés sur site et au laboratoire : · Présence de composés, non identifiés en première analyse, a été confirmée sur l'HAPSITE en étudiant les spectres en mode screening (mode expert), · Travail complémentaire / pertes ou faux positifs, · Méthode de calcul des concentrations à affiner. Approche retenue pour les protocoles d'estimation de la mobilité L'estimation se fait en 3 étapes : 1. Analyse des gaz 2. Analyse des eaux 3. Analyse des sols Analyses de gaz Analyses des eaux Analyses de sol Conclusions et perspectives · L'utilisation de la GC portable a montré : · Sa capacité à obtenir sur site une identification des composés, · Sa capacité à obtenir des analyses semi-quantitatives. Cela permet d'adapter sur site les analyses à effectuer (cas d'un historique incomplet du site). · En ce qui concerne l'estimation de la mobilité, les 1ers résultats sont encourageants mais il reste à consolider les protocoles pour les rendre robustes (utilisables et transférables à tous les types de sol) et pour développer des routines de calcul. Outils et méthodes de caractérisation de terrain Chantal de Fouquet ­ ARMINES Priscilla Semaoune ­ ENVISOL Projet CONTRASOL ADEME, 10 - 11 mai 2017 Quelles innovations pour les outils et méthodes de diagnostic ? Les difficultés du passage des échantillons aux estimations de volumes pollués, dans le cas de pollutions organiques. Contexte et premiers résultats du projet Contrasol ENVISOL : Mariangela DONATI, Aurélie MALVOISIN, Gaël PLASSART, Priscillia SEMAOUNE ARMINES ­ Ecole des mines de Paris : Chantal de FOUQUET Contexte du diagnostic de pollutions organiques · · · · Nombre de sondages « limité » Profondeur investiguée souvent réduite Utilisation des mesures indirectes Fort contraste des teneurs incertitudes sur les cartes de valeurs estimées mais d'abord difficultés à établir « le » variogramme pour les bureaux d'étude : temps passé, argumentation parfois délicate des résultats améliorer la méthodologie, de façon opérationnelle ? ADEME, 10-11 mai 2017. Quelles innovations pour les outils et méthodes de diagnostic ? 88 Contrasol, Gesipol 2014-2016 · Test de la méthode d'écrêtage (Rivoirard et al., 2013) en vue de son application effective par les bureaux d'étude · Méthode d'estimation minière, dans le cas de teneurs fortement dispersées (Uranium, Or) · Principe : donner un sens à la pratique empirique de rabattement des valeurs fortes, en corrigeant les biais pour l'estimation · Cas où des transformées des teneurs (écrêtée et indicatrice des valeurs fortes) apparaissent mieux structurées que les teneurs · Le projet s'appuie sur l'étude de deux sites pollués par des composés organiques (COHV, HAP) · D'autres modèles récents ont été comparés (KDD, par X. Freulon) ADEME, 10-11 mai 2017. Quelles innovations pour les outils et méthodes de diagnostic ? 89 Influence des valeurs fortes ? 350 Écart-type Toutes données log(S) 5.5 -1 -2 -3 -4 S 100 4.5 -10 -5 40 60 80 moyenne 3.8 4.2 Évolution de la M moyenne et de l'écart-type log(M) par suppression successive des 1,2,...5 et 10 valeurs les plus élevées (moins de 4% des données) 272 mesures par PID : médiane : 9.40 ; moyenne : 88 Q 90 : 172 ; maximum : 5000 écart-type : 367 (coefficient de variation > 4) Les valeurs très fortes perturbent la variographie et l'estimation ADEME, 10-11 mai 2017. Quelles innovations pour les outils et méthodes de diagnostic ? 90 Exemple, le site de Plaisir (78) · Ancien site de traitement de surfaces métalliques et de peinture pour l'industrie aéronautique et automobile · Superficie totale d'environ 3,5 ha ; bâtiments environ 0,8 ha · Solvants chlorés présents dans les sols, les gaz du sol et la nappe · Composés COHV présentant les concentrations les plus élevées : perchloroéthylène et trichloréthylène. · Reconnaissance par Envisol (31 sondages en janvier, août 2012) jusqu'à 15 m de profondeur, localement. Profondeur ADEME, 10-11 mai 2017. Quelles innovations pour les outils et méthodes de diagnostic ? 91 Variogramme des mesures PID (78) PID indicatrice (50) écrêtée Horizontal Vertical Profondeur < 5m Pas de corrélation apparente avec les formations pédologiques ADEME, 10-11 mai 2017. Quelles innovations pour les outils et méthodes de diagnostic ? 92 Conclusion · Même lorsque les hypothèses du modèle d'écrêtage ne sont pas parfaitement vérifiées, les résultats de validation croisée sont en faveur de ce modèle · Difficultés à choisir le seuil d'écrêtage · En pratique, problème lorsque la valeur de coupure pour la dépollution est supérieure au seuil d'écrêtage. · Pour le premier site: difficultés pratiques pour la comparaison des estimations au réalisé. ADEME, 10-11 mai 2017. Quelles innovations pour les outils et méthodes de diagnostic ? 93 Modèle d'écrêtage · Les très fortes valeurs perturbent la variographie et l'estimation · Décomposition spatiale de la concentration, fondée sur le comportement généralement déstructuré de ces valeurs Z(x)= (Z(x)e) + (m(ze)- ze)1Z(x) Écrêtée ze + Rze (x) résidu indicatrice Hypothèses : · choix d'un seuil d'écrêtage, inférieur à la coupure de sélection · résidu spatialement non corrélé avec écrêtée et indicatrice · éventuellement pépitique cokrigeage de l'indicatrice et de l'écrêtée, krigeage du résidu (nul si pépitique) variance d'estimation de bloc = variance de cokrigeage de (écrêtée + (m(ze)- ze) indicatrice ) si résidu pépitique Copil Contrasol, 26 octobre 2016 95 Variogrammes · Nuée variographique influence prépondérante du maximum des valeurs. A droite, carte d'implantation, indiquant les paires de points repérées sur la nuée variographique. · Calcul avec mêmes paramètres pour toutes les variables Copil Contrasol, 26 octobre 2016 96 Outils et méthodes de caractérisation de terrain Pierre Faure ­ Université Lorraine Projet MEMOTRACES GESIPOL ­ MEMOTRACES TRANSFERT DES COMPOSÉS AROMATIQUES POLYCYCLIQUES DES SOLS VERS LES COMPRÉHENSION DES MÉCANISMES DE MOBILISATION ET DE EAUX SOUTERRAINES Marine BOULANGE, Catherine LORGEOUX, Julien MICHEL, Fabrice GOLFIER, Raymond MICHELS, Pierre FAURE 98 Contexte Contamination des sols par les CAP suite aux activités d'exploitation du charbon 1,4 millions de sites pollués en Europe Diagnostic et suivi dans le temps 16 HAP US EPA - Réglementaires Projet Snowman III - PACMAN Cible les CAP Polaires (oxygénés et azotés) Présents dans la pollution initiale Formés lors de remédiations (ISCO ­ Bioremédiation) Préférentiellement mobilisés par l'eau (lixiviation) 99 Composés aromatiques polycycliques (CAP) HAP vs. CAP-O 16 HAP ­ US EPA 11 CAP-O étudiés O O O O CH3 O O O O O O O O O O O Présence dans la pollution initiale +++ ++ Lundstedt et al., 2007 ; Biache et al., 2013 Produit de dégradation Toxicité Mobilité dans les eaux ++++ Lundstedt et al., 2007 ; Lorgeoux et al. (in prep) +++ - +++ (+) Wincent et al., 2015 ; Lundstedt et al., 2007 MusaBandowe et al., 2011 Schlanges et al., 2008 + 1 METHODOLOGIE OBJECTIFS : - Produire des connaissances nouvelles sur les paramètres et les mécanismes contrôlant la mobilisation et le transfert des CAP-O - Apporter des données nouvelles sur les CAP-O pour contribuer à la réflexion sur leur incorporation dans la réglementation. Essais de lixiviation en batch Terrain Lysimètre Essais de lixiviation en colonne de laboratoire (site atelier) Terres réelles contaminées par les CAP Approche multi-échelle ­ Complexité du système 101 ESSAIS BATCH OBJECTIFS : Homécourt Cokerie Essais de lixiviation en batch - Travailler en milieux simplifié (abiotique) - Tester des paramètres clefs (bibliographie) - Identifier les mécanismes COT (g/kg) Mat. Orga. Fossile 98 % 99 % 16 HAP (mg/kg) 2920 1160 11 CAP-O (mg/kg) 420 190 24h Bactericide L/S =10 HOM 100 70 Lorraine Cokerie LOR Paramètres ciblés (Plan d'expérience) - Température (3 et 28°C) - Force ionique « naturelle » (500 µS/cm pour HOM et 2000 pour LOR) et forcée (5800 µS/cm) - Disponibilité des contaminants ("aging") 102 DISPONIBILITE - AGING Distribution des polluants dans le temps (Semple and Naidu, 2014) Essais de lixiviation en batch Pollution fraîche Prétraitement Chauffage 100°C 1 semaine Atmosphère inerte (N2) Pollution « âgée » Fraction biodégradée Fraction disponible Fraction régénérable Fraction séquestrée TEMPS DE CONTACT AVEC LE SOL 103 BATCH - QUANTIFICATION Essais de lixiviation en batch Pré chauffage HOM HOMPC 90°C ­ 1 semaine COD (mg/l) 10,7 ­ 14,5 24,8 ­ 37,0 12,2 ­ 19,2 37,2 ­ 50,8 16 HAP (µg/L) 53,9 ­ 82,7 11 CAP-O (mg/kg) 64,3 ­ 72,0 CAP-O / HAP (eau) 45,8 ­ 54,4 43,3 ­ 48,5 CAP-O / HAP (sol) 12,1 % 15,2 % x 2,5 x 3,4 x 3,0 222,2 ­ 245,8 181,9 ­ 222,1 LOR LOR-PC 90°C ­ 1 semaine x 2,8 34,3 ­ 47,4 x 5,7 25,3 ­ 34,8 x 5,3 40,2 ­ 42,5 39,2 ­ 44,6 13,7 % 17,8 % 192,6 ­ 276,9 124,3 ­ 192,0 Terre avec pollution disponible (HOM-PC et LOR-PC) Plus forte teneur en COD et PAC Influence de la température très limitée 104 BATCH - MECANISME Dissous vs. Colloïdes 10000 1000 Sol Sol brute pré-traité FI « naturelle » FI « forcée » Solub. > 0,2 mg/L Essais de lixiviation en batch Solub. > 0,2 mg/L HAP Solub. < 0,2 mg/L CAP-O PAC concentration in leachates (µg/L) 100 10 1 0 0,1 10000 1000 100 10 1 0 Forte disponibilité Solubilité (Loi de Raoult) - OK pour LOR et HOM pour FI forte - Trans. colloïdale : HOM à FI faible Faible disponibilité - Décalage de la prédiction de la Loi de Raoult d'autant plus marqué que les produits sont solubles - Trans. colloïdale : HOM à FI faible HOM Solub. > 0,2 mg/L Solub. < 0,2 mg/L Solub. > 0,2 mg/L 0,1 LOR Contrôle de la disponibilité (HAP et CAP-O) : loi de Raoult Contrôle de la FI : Colloïdes (HAP lourds) Prédiction loi de Raoult ESSAIS EN COLONNE LYSIMETRIQUE 113 cm Lysimètre 50 cm Sonde T°C et humidité + Bougies poreuses (BP)) 100 cm 150 cm Terre Contaminée (135 cm) Terre non contaminée (50 cm) Sable (15 cm) Percolat (P) 200 cm OBJECTIFS : - Travailler en condition réelle (condition insaturée) - 2 niveaux de terre LOR (2,1t de terre contaminée et 0,8t de terre non-contaminée) et granulométrie (criblage 8 cm) - intégration du compartiment biologique - Suivi précis des paramètres (dispositif équipée) - Forçage - pluie artificielle 106 ESSAIS EN COLONNE LYSIMETRIQUE Pluie artificielle (2x4 jours) 10L/h ­ 8 heures Analyse des eaux (BP et P) Lysimètre 50 J1 J2 J3 J4 Humidité (%) 45 40 35 30 25 Stop 2 mois BP50 BP100 BP150 J1 J2 J3 J4 Campagne N°1 Campagne N°2 107 ESSAIS EN COLONNE LYSIMETRIQUE 2 comportements : - Signature marquée par des HAP légers et le Dibenzofurane Dissolution (Ponctuel) - Signature dominée par l'anthracène et la 9H-Fluorènone Biodégradation (fréquent) 3000 2000 1000 0 3000 2000 1000 0 6000 5000 4000 3000 2000 Lysimètre Campagne N°1 Campagne N°2 BP50 Concentration (ng/L) BP100 Acénaphtylène Acénaphtène Fluorène Phenanthrène Anthracène Fluoranthène Dibenzofuran 9H-fluorénone Anthraquinone Benzo(a)fluorénone 1000 0 3000 2000 1000 0 BP150 Percolat 0,009 0,036 0,054 0,061 0,094 0,125 L/S 0,153 0,154 0,162 0,184 ESSAIS EN COLONNE LYSIMETRIQUE Loi de Raoult Batch Colonne de laboratoire Lysimétre (Dissolution) Lysimétre (Biodégradation) 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 -0,5 -1,0 -1,5 -2,0 Lysimètre HAP Solub. < 0,2 mg/L CAP-O Solub. > 0,2 mg/L Solub. > 0,2 mg/L Log - Concentration des CAP dans les eaux (µg/L) 109 PRESENTATION DU SITE ATELIER MOYEUVRE GRANDE Ancienne usine sidérurgique regroupant plusieurs installations Cokerie + installations de traitement des co-produits Arrêt de la cokerie : début des années 1970 (site atelier) Terrain Zone d'activités Aucun usage actuel Anciennes installations de traitement des coproduits Superficie 33 000 m2 Investigations projet MEMOTRACES Activités historiques : contamination HAP, BTEX, CN-, métaux HAP + CAP-O dans le cadre de MEMOTRACES PRESENTATION DU SITE ATELIER MOYEUVRE GRANDE Contexte géologique et hydrogéologique Remblais : 1 à 5 m Alluvions : 6 m Toit nappe alluviale au droit du site : 3 m Sens d'écoulement des eaux souterraines (site atelier) Terrain Principales sources de pollution 5 Pz sélectionnés dans le cadre de MEMOTRACES Gammes de concentrations en HAP Localisation sources de pollution + Pz Amont INVESTIGATION SUR LES EAUX SOUTERRAINES MOYEUVRE GRANDE (site atelier) Terrain Objectifs Mettre en évidence la présence de CAP-O dans les eaux souterraines le potentiel de migration des CAP-O dans les eaux souterraines les voies de transfert des HAP et CAP-O sur site atelier (dissous, colloïdal, particulaire) Prélèvements d'eaux souterraines : 5 campagnes Prélèvements « classiques » Tous les Pz Eau brute Filtration 0,7 µm Evaluation transfert particulaire (> 0,7 µm) Analyse 16 HAP + 11 CAP-O Prélèvements à 0,5 L/min 2 Pz Ultra/nanofiltrations : 0,5 µm/100 nm/5 kDa Analyse 16 HAP + 11 CAP-O Evaluation voies de transfert RESULTATS - DONNEES QUANTITATIVES 16 HAP US EPA 12000 SOG10 SOG7 (site atelier) Terrain 11 CAP-O 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 juil-14 Concentration (µg/L) Concentration (µg/L) 10000 8000 6000 SOG10 SOG7 SOG6 SOG3 SOG6 SOG3 4000 2000 SOG5 juil-15 Date SOG5 juil-15 Date 0 juil-14 juil-16 Pz amont juil-16 Pz amont Même hiérarchisation des concentrations / Pz [CAP-O] : 11 -15 % des [CAP] suivis [CAP-O] : même ordre de grandeur que [HAP] > Phe Mobilité + toxicité CAP-O > HAP Intérêt de l'étude des CAP-O RESULTATS - DISTRIBUTIONS HAP légers (Naph-Pyr) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 SOG3 Piézomètre HAP lourds (BaA-BghiP) 50 Concentration (µg/L) Concentration (µg/L) 40 30 20 10 0 SOG3 Piézomètre > 0,5 µm > 0,5 µm 0,5 µm - 100 nm 100 nm - 5 kDa 0,5 µm - 100 nm 100 nm - 5 kDa < 5kDa SOG6 < 5kDa SOG6 HAP légers : fraction particulaire + phase dissoute globale (fraction colloïdale majoritaire) HAP lourds : majoritairement associés à des particules > 0,5 µm Dibenzofurane 250 Concentration (µg/L) CAP-O - Sans dibenzofurane 7 Concentration (µg/L) 200 150 100 50 0 SOG3 Piézomètre 6 5 4 3 2 1 > 0,5 µm > 0,5 µm 0,5 µm - 100 nm 100 nm - 5 kDa 0,5 µm - 100 nm 100 nm - 5 kDa < 5kDa SOG6 < 5kDa SOG3 Piézomètre 0 SOG6 Dibenzofurane : fraction particulaire et colloïdale majoritairement Autres CAP-O : fraction « dissoute vraie » majoritaire (+ particulaire / 1 Pz : artefact ?) DEVENIR DANS LES SOLS (zone vadose) Mobilisation des CAP : contrôlée par dissolution (Raoult) - Les CAP-O n'ont pas un comportement spécifique / HAP Paramètre essentiel pour prédire : disponibilité - Dépendant de la solubilité ( modifier la loi de Raoult) CAP peu solubles (HAP lourds) Pollution fraîche Fraction biodégradée Fraction disponible Fraction régénérable Fraction séquestrée CAP soluble (CAP-O et HAP légers) TEMPS DE CONTACT AVEC LE SOL Une fois les CAP mobilisés ­ « autoépuration » par les microorganismes - avec sélectivité 115 DEVENIR DANS LES SOLS (zone saturée) Site atelier ­ Moyeuvre Grande Même hiérarchisation des concentrations / Pz HAP et CAP-O Distribution des CAP différente (tendance ­ 2 piézomètres) HAP lourds (principalement forme particulaire) HAP légers + dibenzofurane (forme particulaire et colloïdale) CAP polaires (principalement forme dissoute) Transfert longue distance ? (CAP polaires et HAP) Nécessité d'investiguer plus en aval de la source. 116 CAP-O ET REGLEMENTATION Mobilisation ­ même mécanisme entre HAP et CAP-O Dissolution (loi de Raoult) Enrichissement des eaux / sols Réactivité (biodégradation) Dégradation rapide (colonne et lysimètres) Sélectivité et/ou produits intermédiaires (9H-fluorénone) Particules ­ colloïdes ­ dissous (CAP polaires) Transfert ­ distribution différentes suivant les CAP CAP-O (/ HAP) Plus solubles + mobilisés + plus mobile (forme dissoute) + forte distance de transfert (à confirmer) Analyse des CAP-O CAP-O Complémentaires aux HAP Procédures voisines de celles utilisées pour les HAP 117 POURSUITE EN LIEN AVEC LE PROJET Affiner le lien entre disponibilité et mobilisation Poursuivre les travaux sur les distributions Particules / colloïdes / Dissous Suivre le transfert à plus grande distance des sources Ecotoxicité des CAP Polaires (oxygénées et azotés) Organismes aquatiques et terrestres - Projet financé par l'OSU OTELo (GéoRessources et LIEC) - Dépôt d'un projet ANSES (LIEC et GéoRessources) Impact de procédés ISCO sur le devenir des CAP CAP oxygénés, azotés et soufrés Site atelier Moyeuvre Grande (Réseau Safir) Projet AMI Bioxyval (ADEME ­ pilotage EODD) Zone vadose Zone saturée Thèse Cifre Bérénice Ranc ­ ICF Environnement et LRGP Nancy Thèse Cifre Clotilde Johansson ­ Serpol et BRGM 118 Approches sanitaires et environnementales Transfert et impacts vers le vivant Cécile Grand ­ ADEME Franck Marot ­ ADEME Sébastien Denys ­ Santé Publique France Transferts et impacts BIOTROPH STARTT TRIPLE INSPECT MARGEN DIMENSION CIBLEX CARTORISK BIOAC METAUX BIOAC PCB BIOMIS ODESSA BAPPET BAPPOP PHYTOPERF Environnement Sanitaire PIEGEACHLOR COMBINE CoPhyBio IBRACS SACARTOM PHYTEXPPO HYBRID TROPHE TROPE SENSIB HYRISK COMRISK Air intérieur 120 Approches sanitaires et environnementales Transfert et impacts vers le vivant Karen Perronnet ­ INERIS Projet TROPHE TROPHé PCB-dl/-ndl PCDD/F Transfert et Risque des Organiques Persistants pour l'Homme et les écosystèmes Constats dans la gestion des SSP : 1. Peu de données sur les transferts des PCB et dioxines/furanes dans la chaîne alimentaire (cf. BAPPOP) et le réseau trophique 2. REX faible sur l'exposition et les risques sanitaires en lien avec des sols impactés par des POPs chlorés (détail par congénères) pour certaines voies d'exposition 3. Peu d'évaluation des risques pour l'écosystème (éRé) Toxicité: Stable Lipophile TEF pour les PCDD/F Peu biodégradable Produits et PCB-dl Degré de chloration: animaux (lait, « dioxine seveso » *209 congénères PCB oeuf,poisson) *210 congénères PCDD/F 122 Sources: - - Transformateurs - - Combustion TROPHé Transfert et Risque des Organiques Persistants pour l'Homme et les écosystèmes Objectifs : acquisition de nouvelles connaissances afin 1. d'améliorer la connaissance des transferts, de la bioaccumulation et de la biodisponibilité des PCB et des dioxines (PCDD/F et PCB-dl) dans la chaîne alimentaire et le réseau trophique 2. d'évaluer les expositions et les risques à l'aide d'outils de modélisation (MODUL'ERS, TerraSys) 3. d'identifier des étapes, des outils communs susceptibles d'être mis en oeuvre dans les démarches d'évaluation des risques sanitaires (ERS) et d'évaluation des risques pour l'écosystème (éRé). 123 TROPHé 1. Améliorer la connaissance des transferts des PCB, PCDD/F dans la chaine alimentaire et le réseau trophique Détermination expérimentale de la capacité des POP à se transférer du milieu SOL à des végétaux consommés par l'Homme (risque sanitaire) et à des invertébrés (réseau trophique) Total: 35 Proposition de BCF (bio concentration factor) substances POP concentration POP dans végétal ou invertébré BCF = concentration POP dans le sol Programme analytique: 6 PCBi, 12 PCB-dl, 10 PCDF, 7 PCDD 124 TROPHé 1. Améliorer la connaissance des transferts Expérimentations: Sélection de terres impactées : 4 niveaux de contamination Site Saint-Cyprien (42) ­ incendie conséquent en 2008 [PCBi]sol ng/kg [PCB-dl + PCDD/F]sol ng I TEQ/kg [PCDD/F]sol ng I TEQ/kg [PCDD/F]sol ng /kg P1 P2 P3 P4 3 482 34 893 10 703 30 606 2,5 36,8 77 246 1,4 23,9 69,2 218,5 46 665 1 494 5 410 texture sableuse 4,6 < pH < 6,2 1,5 % < MO < 3 % 8,5 < C/N < 10,9 majorité de furanes par rapport aux dioxines Site identique au projet TROPE 125 TROPHé 1. Améliorer la connaissance des transferts Expérimentations: Sélection de terres impactées : 4 niveaux de contamination Site Saint-Cyprien (42) ­ incendie conséquent en 2008 [PCB-dl + PCDD/F]sol ng I TEQ/kg [PCDD/F]sol ng I TEQ/kg Valeurs pour les sols zone rurale et urbaine <10 ans* zone urbaine/ind.* AFSSA (vache allaitante/lait)** Valeur Suisse*** [PCDD/F]sol ng I TEQ97/kg P1 P2 P3 P4 2,5 36,8 77 246 1,4 23,9 69,2 218,5 1,3 4,7 6 à 26 20 (max.) Site identique au projet TROPE *Valeur médiane ­ source BRGM (2008) ** PCB-dl + PCDD/F (saisine 2009) *** cultures alimentaires et fourragères 126 TROPHé 1. Améliorer la connaissance des transferts Distribution des POP selon les fractions granulométriques En masse pour les 4 sols: fraction < 250 µm : 5-20% fraction 250 µm-4 mm : 70% En concentration: fraction < 250 µm : 2 à 4 fois plus élevées que les autres fractions quelle que soit la famille (PCB, PCDD/F) et le congénère Fractions 0-1 cm 4 mm-1 cm 250 µm-4 mm < 250 µm 127 TROPHé 1. Améliorer la connaissance des transferts Distribution des POP selon les fractions granulométriques En masse pour les 4 sols: fraction < 250 µm : 5-20% fraction 250 µm-4 mm : 70% Influence pour l'évaluation des risques si voie d'exposition par ingestion de sol retenue Procéder à l'analyse de la Fractionsfraction adhérente aux mains 0-1 cm (<250 µm) 4 mm-1 cm 250 µm-4 mm < 250 µm En concentration: fraction < 250 µm : 2 à 4 fois plus élevées que les autres fractions quelle que soit la famille (PCB, PCDD/F) et le congénère 128 TROPHé 1. Améliorer la connaissance des transferts Sélection de terres impactées : 4 niveaux de contamination (P1, P2, P3, P4) expérimentations en conditions contrôlées Mise en culture de végétaux couramment cultivés dans les jardins français / catégorie feuille ­ racine ­ tubercule ­ fruit Analyse des POP dans organes consommés et lavés Exposition de vers de compost (Eisenia fetida) et analyse des POPs 129 TROPHé 1. Améliorer la connaissance des transferts Proposition de BCF au nombre de : 134 pour végétaux de terres impactées : 4 niveaux de les Sélection contamination 34 pour le vers de compost Consolidation et enrichissement de la base BAPPOP Gamme de valeurs BCF obtenues sur 4 niveaux de contamination de sol (végétaux potagers, invertébrés) Trois cas de figure : BCF calculé dès lors que concentration sol et végétal > LQ laboratoire BCF estimé avec valeur de LQ/2 si concentration sol ou végétal < LQ BCF non déterminé si concentration sol et végétal < LQ Influence possible des limites de quantification (LQ) des laboratoires pour l'évaluation des risques si estimation de valeurs BCF à partir des LQ (approche conservatoire du risque) 130 TROPHé 1. Améliorer la connaissance des transferts 1,0E+02 Valeurs BCF moyen MS pour les végétaux (moyenne P1, P2, P3, P4): Valeurs des BCFmoyens pour chaque substance GRA in situ 2014 CA entier HA GRA labo 2015 CA épluché LAI2014 PDT COU LAI2015 1,0E+01 PCBs DIOXINES/FURANES 1,0E+00 =1 1,0E-01 1,0E-02 1,0E-03 3 Cl 1,0E-04 4 Cl 5 Cl 6 Cl 7 Cl 4 Cl 5 Cl 6 Cl 7 Cl 8 Cl 131 TROPHé 1. Améliorer la connaissance des transferts 1,0E+02 Valeurs BCF moyen MS pour les végétaux (moyenne P1, P2, P3, P4): Valeurs des BCFmoyens pour chaque substance GRA in situ 2014 CA entier HA GRA labo 2015 CA épluché LAI2014 PDT COU LAI2015 1,0E+01 PCBs DIOXINES/FURANES 1,0E+00 =1 1,0E-01 1,0E-02 Variabilité des BCF selon: 1,0E-03 Famille POP : BCF5 Cl >> BCF PCDD/F (quelques 4valeurs > 1) 6 Cl PCB 3 Cl 6 Cl Cl 8 Cl 4 Cl 5 Cl 7 Cl 7 Cl Végétal : courgette ++ , laitue ++ pour les PCB les plus légers (transfert gazeux) 1,0E-04 Degré de chloration des PCB, PCDD/F ­ singularité des PCB-dl coplanaires non orthosubstitués Niveau de contamination du sol (non représenté ­ sur P4, valeurs BCF plus faibles) 132 TROPHé 1. Améliorer la connaissance des transferts Valeurs BCF MS pour les vers de compost (détail pour les 4 sols) : PCDD/F PCB 3 Cl 4 Cl 5 Cl 6 Cl 7 Cl 4 Cl 5 Cl 6 Cl 7 Cl 8 Cl PCB-dl coplanaires non ortho-substitués A relier aux BCF escargots ­ projet TROPE 133 TROPHé 1. Améliorer la connaissance des transferts Valeurs BCF MS pour les vers de compost (détail pour les 4 sols) : PCDD/F PCB 3 Cl 4 Cl 5 Cl 6 Cl 7 Cl 4 Cl 5 Cl 6 Cl 7 Cl 8 Cl Même tendance que pour les végétaux globalement BCF P1 >> BCF P4 (effet faible dose) ­ tendance similaire pour les végétaux sauf pour la courgette PCB-dl coplanaires non ortho-substitués A relier aux BCF escargots ­ projet TROPE 134 TROPHé 2. Evaluation des expositions et des risques sanitaires chez l'Homme et pour les écosystèmes Dérouler une Evaluation des Risques Sanitaires (ERS) pour apprécier la sensibilité de paramètres ­ démarche Interprétation de l'Etat des Milieux (même si aucun usage avéré actuellement sur la parcelle considérée) utilisation de MODUL'ERS (logiciel de modélisation multi-média pour estimer les concentrations, expositions, risques sanitaires) voies d'exposition retenues pour des adultes/enfants (7 classes d'âge dont 3 entre 0 et 6 ans): Ingestion non intentionnelle de sol Ingestion de végétaux autoproduits Total: 35 substances 135 TROPHé 2. Evaluation exposition/risque pour l'Homme Exposition différenciée entre PCB et PCDD/F selon l'adulte/enfant PCB-ndl/-dl : fort transfert dans les végétaux (courgette, salade ­ pour les PCB les plus légers) la consommation de végétaux constitue une voie d'exposition prépondérante toute modification des paramètres liés à l'ingestion de sol (quantité) aura une influence modérée Bol alimentaire moyen Adulte - Enfant (1-3 ans) PCDD/F : faible transfert dans les végétaux l'ingestion de sol constitue une voie d'exposition prépondérante, notamment pour les enfants (1 à 3 ans) forte influence de la quantité de sol ingérée 136 TROPHé 2. Evaluation exposition/risque pour l'Homme Exposition différenciée entre PCB et PCDD/F selon l'adulte/enfant Exemple de contribution des végétaux à la DJE selon la substance et le degré de chloration ­ adulte sur sol P4 Bol alimentaire moyen 3 ou 4 Cl PCB PCB52 PCB118 PCB156 PCB180 5 Cl 6 Cl 7 ou 8 Cl PCB: contribution variable des végétaux selon degré de chloration PCDD/F: forte et stable contribution à la DJE des végétaux souterrains PCDD/F 2378 TCDF 23478 PeCDF 123678 HxCDF OCDF 137 TROPHé 2. Evaluation exposition/risque pour l'Homme Risques sanitaires Quotient de Danger (Adulte / sol P4) Certaine contribution de la voie ingestion de sol dans le risque (PCDD/F) Risque porté par PCB126 et trois PCDF (< 7 atomes de Cl) ­ pour une exposition modérée mais une toxicité élevée Risque relativement faible pour les PCBndl, malgré les concentrations dans les sols 138 TROPHé 2. Evaluation exposition/risque pour l'Homme Risques sanitaires Excès de Risque Individuel (Adulte / sol P4) Risque linéaire à la dose d'exposition pour les PCB-ndl et aux concentrations initiales dans les sols Faible contribution de l'ingestion de sol dans le risque global Risque en lien avec leur fort transfert dans les végétaux consommés Pour les PCB-ndl et PCDD/F, pas de VTR sans seuil prise en compte. PCB-ndl 139 TROPHé 2. Evaluation exposition/risque pour l'Homme Risques sanitaires faiblement portés par les PCB, présents dans les sols fortement tirés par les PCDD/F en raison des concentrations dans les sols et d'une toxicité élevée (valeurs toxicologiques de référence faibles et TEF) singularité du PCB 126, et des autres PCB-dl coplanaires non ortho-substitués (faible présence dans sols/végétaux mais toxicité élevée) En termes de risques sanitaires : Ne pas considérer les PCB-dl et les PCDD/F uniquement sur la base de l'équivalent toxique (I-TEQ = donnée agrégée) différencier les PCB-dl des PCDD/F en raison des transferts variables des congénères dans la chaine alimentaire selon le degré de chloration, en vue de hiérarchiser les voies d'exposition et les congénères (POP singuliers) 140 TROPHé 2. Evaluation exposition/risque pour l'Homme Voies d'exposition à retenir si sol impacté par POP : Ingestion de sol et consommation de végétaux autoproduits constituent des voies d'exposition à ne pas négliger (même si expositions inférieures par rapport à la consommation de produits d'origine animale) ...à moduler selon les concentrations initiales dans les sols ...contribution aux risques différente entre PCB et PCDD/F Considérer toutes les catégories de légumes dans le bol alimentaire pour l'évaluation des risques en raison des transferts variables, avec prise en compte des usages et du mode de préparation (ex: épluchage) 141 TROPHé 2. Evaluation des expositions et des risques sanitaires chez l'Homme et pour les écosystèmes Dérouler une Evaluation des Risques pour les écosystèmes (éRé) pour identifier les verrous et apprécier la sensibilité de paramètres (valeur BCF, complexité du réseau trophique, ...) utilisation de TerraSys (logiciel de modélisation multi-média développé par Sanexen ­ Canada, pour évaluer les expositions et les risques pour les milieux) données initiales: teneurs en PCB et PCDD/F dans les sols et les vers de compost Quel réseau trophique modélisé ? Quels paramètres sensibles ? 142 TROPHé 2. Evaluation des risques pour écosystèmes Verrous liés à la démarche éRé dans l'application de TerraSys Une seule PNEC disponible (concentration sans effet prévu sur les écosystèmes, équivalent de la VTR) pour la 2,3,7,8TCDD (empoisonnement secondaire). Aucune valeur PNEC pour les PCB (dont la production est interdite absence d'évaluation selon l'approche chimique) Paramètres testés... ...pour protéger les fonctions et la structure de l'écosystème terrestre Valeurs BCF Longueur du réseau trophique (1 ou 2 prédateurs) Complexité du réseau trophique Description du milieu (texture du sol, couverture végétale, aire de prédation) Apport des bioessais 143 Cvers Csol TROPHé 2. Evaluation des risques pour écosystèmes Influence du paramètre BCF sur le calcul des expositions sur la base d'un réseau trophique simple initial : sol vers prédateur 1 (hérisson) BCFvers expérimental multiplicatif de niveau trophique FBT(dépend du log Kow) facteur de biotransfert + FCM (dépend du niv. Trophique, =1) facteur PCDD/F 1E+01 Choix des valeurs BCF PCB 1E+00 BCF moyen [vers MS] 1E-01 1E-02 P1 BCF max Mean BCF moyen 1E-03 3 Cl 4 Cl 5 Cl 6 Cl 7 Cl 4 Cl 5 Cl 6 Cl 7 Cl 8 Cl 144 TROPHé 2. Evaluation des risques pour écosystèmes Influence du paramètre BCF sur le calcul des expositions sur la base d'un réseau trophique simple initial : sol vers prédateur 1 (hérisson) BCFvers expérimental Choix des valeurs BCF BCFmax ou BCFmoy ? Choix du BCFmax plus protecteur que BCFmoyenné sur les 4 sols (facteur 2 à 5 selon les congénères, facteur plus élevé pour les PCB les plus légers <PCB123) Besoin d'estimer des valeurs BCF si concentrations < LQ ? influence négligeable car peu de valeurs manquantes + faible teneur dans les sols des substances concernées (avec in fine faible exposition estimée des vers par rapport aux autres substances) 145 TROPHé 2. Evaluation des risques pour écosystèmes Influence du réseau trophique sur le calcul des expositions Description du Réseau trophique : sol vers prédateur 1 prédateur 2 ...prédateur 3 ? Ajout linéaire d'un maillon 146 TROPHé 2. Evaluation des risques pour écosystèmes Influence du réseau trophique sur le calcul des expositions Description du Réseau trophique : sol vers prédateur 1 prédateur 2 Ajout d'un maillon prédateur 2 Rapport des concentrations en POP dans les 2 prédateurs PCB: un seul niveau de prédateur suffirait pour l'éRé puisque [prédateur1]>[prédateur2] PCB 3 Cl 4 Cl 5 Cl PCDD/F 7 Cl 4 Cl 5 Cl 6 Cl 7 Cl 8 Cl 6 Cl PCDD/F: 2 niveaux de prédateurs sont nécessaires pour protéger l'écosystème [prédateur2]>[prédateur1] 147 Avec l'augmentation du degré de chloration, l'exposition augmente chez les 2 prédateurs TROPHé 2. Evaluation des risques pour écosystèmes Influence du réseau trophique sur le calcul des expositions Description du Réseau trophique : sol vers prédateur 1 prédateur 2 ...prédateur 3 Réseau trophique plus complexe 148 TROPHé 2. Evaluation des risques pour écosystèmes Description du Réseau trophique : sol vers prédateur 1 prédateur 2 ...prédateur 3 Influence de la complexité du réseau trophique Plus la diète des prédateurs 1 et/ou 2 (consommation d'autres invertébrés moins exposés) est diversifiée, moins leur exposition est élevée. Cas du hérisson: exposition divisée par 2 suite à 100% vers exposés 50% vers exposés + 50% autres invertébrés Cas du renard: exposition divisée jusqu'à 6 selon la substance Alimentation variée (prédation d'espèces moins exposées) Pour une première approche majorante : retenir un réseau simple (2 niveaux de prédateurs) avec prédation uniquement de vers exposés. 149 Réseau à complexifier pour une approche plus réaliste. TROPHé 2. Evaluation des risques pour écosystèmes Dans le cadre de TerraSys : Résultats non présentés Pour compléter l'approche réaliste, possibilité de décrire davantage le milieu sol (granulométrie, taux de matière organique, couverture végétale) + aire de prédation Résultats non présentés Intégration des bioessais (approche écotoxicologique) : intérêt de données intégratrices pour interpréter les résultats d'une éRé (avec incertitudes liées au déroulement de la seule approche chimique) 150 TROPHé 3. Quels outils et démarches communes aux ERS-éRé pour promouvoir leur utilisation en SSP Démarche similaire en 4 étapes / approche chimique (éRé) (source, voies, enjeux) Schéma conceptuel Evaluation des dangers ERS : enjeux humains - usages éRé : protection structurelle et fonctionnelle d'un réseau trophique (terrestre et/ou aquatique) ERS : pour PCB et PCDD/F : VTR disponibles éRé : une valeur PNEC pour 2,3,7,8-TCDD en lien avec l'empoisonnement secondaire (cf. TerraSys) Transfert des POP dans les végétaux et les invertébrés substances à considérer. Utilisation des BCF expérimentaux: sol plante épluchée (ERS) versus entière (éRé), sol vers Pour les 2 démarches : À partir des mêmes données d'entrée. TROPHé: [POP] dans les sols + pour éRé : granulométrie, taux MO, pH, couverture végétale 151 Evaluation de l'exposition Caractérisation des risques TROPHé 3. Outils/ démarches ERS - éRé ERS éRé Utilisation de BCF pour évaluer les transferts Valeurs BCF obtenues pour les POPs: grande similitude des transferts vers les fruits/légumes, graminées, vers de compost et escargots, avec variation des valeurs BCF en fonction : du degré de chloration des congénères (globalement baisse avec du niveau de contamination des sols (jusqu'à 2 ordres de grandeur pour augmentation du nombre d'atome de chlore ­ sauf pour les PCB chez les vers), les légumes avec globalement valeur BCF plus faible sur sol le plus contaminé) En absence de données, estimations des BCF sur la base du coefficient de partage Kow qui ne reflète pas les spécificités des transferts estimation erronée du risque nécessité de mesurer les transferts dans la chaine alimentaire (fruits/légumes, produits d'origine animale) et le réseau trophique (végétaux, vers, escargots) 152 TROPHé 3. Outils/ démarches ERS - éRé ERS éRé Utilisation de BCF pour évaluer les transferts Possibilité d'estimer les BCF lorsque concentration (sol, matrice) < LQ (en considérant LQ ou LQ/2) pour un nombre limité de substances, sinon sur-estimation des transferts et des risques Base de données BAPPOP (ADEME) pour consolider les résultats pour le transfert dans les végétaux Conclusions des démarches Permet l'identification des voies et des Indique si l'écosystème dans sa substances porteuses des risques pour globalité est pérenne (biodiversité assurer l'acceptabilité sanitaire d'un conservée) projet Adapter et proportionner les mesures de gestion 153 Merci de votre attention Crédit photo INERIS Coordinatrice et transfert végétaux : karen.perronnet@ineris.fr Transfert vers de compost : nicolas.manier@ineris.fr Démarche ERS : emmanuelle.boulvert@ineris.fr Démarche éRé : nicolas.pucheux@ineris.fr Approches sanitaires et environnementales Transfert et impacts vers le vivant Benjamin Pauget ­ TESORA Projet TROPE Transferts et Risques des Organiques Persistants pour les Escargots Coordination : Benjamin Pauget (benjamin.pauget@tesora.fr) Annette de Vaufleury (annette.devaufleury@univ-fcomte.fr) 2 Bioindicateur Cantareus aspersus âge : 2-3 mois masse ~ 5,0 g Elevés en laboratoire (naïf de toute contamination) Plusieurs sources et voies de contamination (Scheifler, 2002) Bioindicateur Cantareus aspersus âge : 2-3 mois masse ~ 5,0 g Elevés en laboratoire (naïf de toute contamination) Plusieurs sources et voies de contamination Bioindicateur reconnu pour les transferts de contaminants métalliques https://ecobiosoil.univ-rennes1.fr/ADEME-Bioindicateur/ Pas d'excès de transfert excès de transfert Concentration QAmétal C28 jours CIRef Concentration dans les tissus dans les escargots Métal Ciref (mg.kg-1) As 0.31 Cd 2.27 Co 6.68 Cr 2.01 Cu 185 Hg 0.2 Mo 4.43 Métal Ciref (mg.kg-1) Ni 5.25 Pb 12.9 Sb 0.08 Sn 0.06 Sr 126 Tl 0.26 Zn 1490 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 SET (QAmétal 1) CIRef Pauget et al., 2015 Site 1 Site 2 QA = 1 QA > 1 Objectifs Evaluation des transferts de contaminants organiques : Suivi temporel des transferts (2014 / 15 / 16) P2 P1 P3 P4 Suivi du transfert de 35 molécules P1 P2 P3 P4 PCDD/F + PCBdl (ng ITEQ/kg) 2,5 36,8 77 246 PCBi ng/kg 3480 34875 10709 30600 Objectifs Evaluation des transferts de contaminants organiques : Suivi temporel des transferts (2014 / 15 / 16) Estimation de la contribution des sources de POPs Végétaux, sol, air 4 expositions différentes Air (laitue lyophilisée) végétaux P4 + air P4 Sol P4 + air P4 Résultats : BAF Valeurs moyennes (min/max) sur l'ensemble des 4 parcelles (2014/15/16). <LQ = 1/2LQ Facteur de bioaccumulation (BAF) Les BAF des PCB sont supérieurs à ceux des PCDD/F Les BAF ont tendance à diminuer avec le nombre de chlore De fortes variations sont observées entre les 4 parcelles (facteur 100) Tendances similaires à celles observées chez les vers de compost Résultats : BAF Valeurs moyennes (min/max) sur l'ensemble des 4 parcelles (2014/15/16). Sans valeurs <LQ Facteur de bioaccumulation (BAF) Les PCBs 28 et 169 ne sont pas quantifiés dans les escargots Une diminution des écarts types est observée pour quelques molécules Mais, une forte variabilité entre les parcelles demeure (jusqu'à x 100) Résultats : BAF La majorité des valeurs non quantifiées dans les escargots sont identifiées sur la parcelle P1, la moins impactée Une faible variabilité est observée sur les parcelles contaminées (P2, P3 et P4) Résultats : BAF Moyennes des BAF 12 0,200 0,180 0,160 0,140 0,120 6 0,100 0,080 4 0,060 Avec P1 Avec LQ Sans LQ Sans P1 10 8 2 0,040 0,020 0 0,000 Les BAF sont 2 fois supérieurs avec la prise en compte de P1 La suppression des valeurs <LQ (19,5% des valeurs) modifie très peu (x1,1) les valeurs moyennes de BAF Résultats : BAF Ratio Max / Min des BAF 35 30 25 Avec P1 Avec LQ Sans LQ Sans P1 20 15 10 5 0 MM4PA MM4PS MM3PA MM3PS Ratio Max / Min > 10 Avec P1 30% Sans P1 3% Maximum 28 12 Résultats : Sources Influence des sources de contamination (P4, <LQ=1/2LQ) Accumulation en lien avec les concentrations du sol Accumulation plus forte sur sol seul Faible biodisponibilité des POP dans les végétaux (principalement pour les 6/7 Cl) Source végétaux = « Source » laitue Source atmosphérique : influence du stockage temporaire de sol ? Conclusion Apport du programme TROPE dans la compréhension des transferts sol-plantes-escargots Des données acquises pour de nouvelles molécules (140 BAF) Le sol est la source de contribution principale Faible biodisponibilité des POP dans les plantes Mise en évidence de l'importance des données de terrain pour une évaluation fine des transferts Utilisation des bases de données Investigation approfondie de terrain Site Pollué Risque sanitaire ? (IEM) Non Non Validation du projet Oui Risque ? (EQRS / ERE) Oui Arrêt / Modification du projet Merci ! Benjamin Pauget (benjamin.pauget@tesora.fr) Annette de Vaufleury (annette.devaufleury@univ-fcomte.fr) Approches sanitaires et environnementales Transfert et impacts vers le vivant Renaud Scheifler ­ Université de Franche-Comté Projet BIOTROPH Programme BIOTROPH Influence de la biodiversité sur les transferts de contaminants dans les réseaux trophiques : apport pour l'évaluation du risque environnemental Renaud Scheifler1, Shinji Ozaki1, Clémentine Fritsch1, Séverine Drouhot1, Benoît Valot1, Frédéric Mora2, Thierry Cornier3, Francis Raoul1 francis.raoul@univ-fcomte.fr / renaud.scheifler@univ-fcomte.fr 1 2 Conservatoire UMR CNRS 6249 Chrono-environnement, UsC INRA, Botanique National de Franche-Comté Observatoire Régional des Invertébrés (ORI), 3 Centre régional de phytosociologie agréé Conservatoire Botanique National de Bailleul 2 Limites de l'Evaluation du Risque Environnemental (ERE) · La contamination est (très) hétérogène Document F. Douay, LGCgE, ISA Lille 3 Limites de l'Evaluation du Risque Environnemental (ERE) · Les réseaux trophiques sont peu identifiés Cible (Mulot sp.) Végétation Arthropodes Vers de terre Contaminant 4 Limites de l'Evaluation du Risque Environnemental (ERE) · Des variations d'accumulation importantes existent Feuilles Troncs Migeon et al. 2009 5 Limites de l'Evaluation du Risque Environnemental (ERE) · La biodisponibilité des polluants varie Lanno et al. 2004 6 Objectifs de BIOTROPH · Caractériser la variabilité des ressources alimentaires animales et végétales d'organismes cibles (mulot essentiellement) · Mesurer les concentrations en ETMs dans ces ressources · Déterminer le régime alimentaire · Déterminer l'exposition par voie alimentaire · Approche spatiale et temporelle, interaction avec BERISP, un outil opérationnel d'ERE 7 Site d'étude 1894 : Installation d'une fonderie 1988 : Création de Metaleurop SA et Metaleurop Nord 2003 : Fermeture de Metaleurop Nord N 200km 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 STARTT 20xx : années sans session de terrain INSPECT PHYTENER BIOTROPH Thèse Région 8 Stratégie d'échantillonnage Fritsch et al. 2010 9 Stratégie d'échantillonnage 103 TE2 (à 10km nord-est) 043 1km 117 097 171 113 1km N 10 Méthodes de terrain 0 Partenariat 200 m Végétation (CBNBL) Strate arborescente Strate arbustive Strate herbacée Polygones Micromammifères Mulot sylvestre (Apodemus sylvaticus) 10 lignes / maille Invertébrés (par ORI) marcheurs 10 lignes / maille volants 4 points / maille Concentration des ETMs (Cd, Pb, Zn) dans les sols 11 de 4 à 10 points /6 maille 11 Méthode d'analyse du régime Total DNA extraction PCR amplification of target DNA fragments "Molecular labelling" 1 : TTAGCTAACTTTACGGAAC 2 : TTCGCTCCATTTTCGGAAC a : GCGCTTACGCAGGTTACGTC b : GCACTCACGGAGGTTACCTC Next-generation sequencing (NGS) (HiSeq2000) Taxonomic identification of food items Reference database (GenBank: www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank) Dietary richness (Operational Taxonomic Unit) 12 Résultats : identification des items alimentaires, variations saisonnières Avril Taxons Nb occurrences Taxons (15) Septembre Nb occurrences (15) Plantes Fraxinus (Frêne) Acer (Erable) Prunus (Prunellier) Rubus (Ronce) Populus (Peuplier) Quercus (Chêne) Poaceae (Graminées) Taxons 122 57 42 33 27 23 18 Sambucus (Sureau) Rubus (Ronces) Cornus (Cornouiller) Zea (Maïs) Poaceae (Graminées) Fraxinus (Frêne) 149 52 34 25 49 22 Nb occurrences (5) Nb occurrences Taxons (5) Invertébrés Vers de terre 24 Vers de terre Cloportes Opilions Forficules Papillons 26 10 5 5 5 13 Résultats : reconstitution des réseaux trophiques Drouhot et al. 2013 14 Résultats : influence de la biodiversité sur le transfert [Cd]sc µg.g 1 50.00 20.00 10.00 5.00 2.00 1.00 0.50 0.20 0.10 0.05 0 1 2 3 4 5 6 Nombre d'espèces de plantes dans le régime Plant dietary richness [Cd]sc ~ Plant dietary richness Si Salicaceae présentes dans les contenus stomacaux [Cd]scµg.g 1 50.0 20.0 10.0 5.0 2.0 1.0 0.5 0.2 0.1 1 2 3 4 5 [Cd]sc ~ Plant dietary richness Nombre d'espèces de plantes dans le régime Plant dietary richness R2 = 0,30 ; p-value < 0.01 Ozaki et al. 2017 15 BERISP : un outil d'aide à la décision pour implémenter ces résultats Case study 1 16 BERISP : un outil d'aide à la décision pour implémenter ces résultats Case study 1 Case study 1 17 BERISP : un outil d'aide à la décision pour implémenter ces résultats Case study 1 Case study 1 Case study 1 18 BERISP : un outil d'aide à la décision pour implémenter ces résultats Case study 1 Case study 1 Case study 1 Case study 1 19 BERISP : un outil d'aide à la décision pour implémenter ces résultats Case study 1 Case study 1 Case study 1 Case study 1 Case study 1 20 BERISP produit une ERE spatialement explicite 21 21 BERISP permet de tester différents scenarii de réhabilitation Scenario « base » = situation actuelle Scenario « habitat change » Contamination et propriétés des sols = Habitat Risque 22 BERISP améliore la représentativité écologique de l'ERE Risk using BERISP-DSS Chevêche d'Athena Carnivorous bird Risk using ECO-SSLs (US EPA) Insectivorous bird Fritsch et al. 2013 23 BIOTROPH / BERISP : de la recherche à l'application · Les données de la recherche (BIOTROPH) permettent d'alimenter les modèles d'ERE · BERISP améliore significativement le réalisme écologique de l'ERE · Le développement de BERISP (polluants, espèces cibles) en opensource est envisagé 24 Pour en savoir plus · · Soumis. Ozaki S., Scheifler R., Valot B., Fritsch C., Mora F., Cornier T., Raoul F. Do biodiversity and pollution influence food selection? A metabarcoding approach in a generalist consumer. Molecular Ecology. 2015. Ozaki S., Scheifler R., Raoul F. Influence de la biodiversité sur les transferts de contaminants dans les réseaux trophiques. Rapport final du programme BIOTROPH aux financeurs (Région Nord ­ Pas-deCalais, ADEME, FRB). 72 p. 2015. Raoul F., Ozaki S., Drouhot S., Valot B., Mora F., Cornier T., Scheifler R. Does biodiversity impact the transfer of pollutants in ecosystems? 25th SETAC Europe Annual Meeting, 3-7 May, Barcelona, Spain. 2013. Drouhot S., Tougard C., Pompanon F., Faure O., Druart C., Rioux D., Boyer F., Prudent A.-S., Goydadin A.-C., Capelli N., Giraudoux P., Scheifler R., Raoul F. A DNA metabarcoding approach to understand trophic transfers of pollutants. 23rd SETAC Europe Annual Meeting, 12-16 May, Glasgow, United Kingdom. 2013. Fritsch C., Scheifler R., Roggeman S., Bervoets L., van den Brink N. Making the right decisions in remediation of contaminants in natural areas: the validation of a spatially explicit risk assessment DSS: BERISP. 12th International UFZ-Deltares Conference on Groundwater-Soil-Systems and Water Resource Management, 16-19 April, Barcelona, Spain. 2012. Scheifler R., Fritsch C., Bervoets L., van den Brink N. Integration of spatially explicit risk of contaminants in spatial planning and land management. Final report of the INSPECT programme to the funders (SNOWMAN network). 81 p. · · · · 25 Validation des prédictions 60 60 Model l ed concent rat i ons (mg/ kg w w ) Model l ed concent rat i ons (mg/ kg w w ) 10 10 1 1 0. 1 0. 1 0. 01 0. 01 0. 001 0. 001 0. 01 0. 1 1 10 60 0. 001 0. 001 0. 01 0. 1 1 10 60 Measured concent rat i ns (mg/ kg w ) o w w o Measured concent rat i ns (mg/ kg w ) 26 Approches sanitaires et environnementales Transfert et impacts vers le vivant Aurélie Pelfrene ­ ISA-Lille Yncréa Projet ODESSA Le projet ODESSA Pour répondre aux gestionnaires de SSP : Proposer une méthode alternative au test UBM Test UBM Extractions chimiques simples Préparation des solutions digestives pour chaque série 10 échantillons de terre / série Dosage rapide 2 jours Solutions d'extraction avec très peu de réactifs 40 échantillons de terre / série + de souplesse pour le dosage Rapide, fiable, peu coûteuse et représentative de la bioaccessibilité gastro-intestinale de Cd, Pb et As 28 Matériel étudié : Une population d'échantillons de terre représentative de la problématique des SSP français · 209 échantillons de terre · 15 localités en France · 25 sites différents ­ Jardins urbains (n = 18) ­ Friches industrielles et alentours (n = 130) ­ Parcelles agricoles avec épandage de boues de STEP (n = 2) ­ Anciennes stations-services (n = 2) ­ Sites et sources de contamination non identifiés (n = 25) ­ Terres contaminées artificiellement (n = 27) · Une grande diversité ­ ­ ­ ­ Types de sols Nature des usages Pollutions métalliques et/ou organiques Degrés de contamination 29 Pb - EDTA 1 Sélection d'extractants pertinents pour simuler la bioaccessibilité orale de Cd, Pb et As 30 échantillons sélectionnés 8 conditions testées avec différents extractants (acide acétique, acide citrique, EDTA, DTPA, HCl, NaOH) Recherche de corrélations linéaires Cd - HCl Acide acétique, EDTA, acide citrique et HCl 30 2 1 Sélection d'extractants pertinents pour simuler la bioaccessibilité orale de Cd, Pb et As Développement d'une méthode alternative au test UBM 209 échantillons collectés 4 extractants sélectionnés Recherche de corrélations simples et multiples 30 échantillons sélectionnés 8 conditions testées avec différents extractants (acide acétique, acide citrique, EDTA, DTPA, HCl, NaOH) Recherche de corrélations linéaires Proposition d'un outil d'aide à la décision Adapté à la prise en compte des risques Applicable dans des différents contextes environnementaux Acide acétique, EDTA, acide citrique et HCl 31 3 Broyage + tamisage As ­ EDTA (mg/kg) Etude de l'influence du mode de préparation des terres sur l'extractabilité et la bioaccessibilité orale 30 échantillons étudiés 4 extractants sélectionnés Comparaison broyage / tamisage Tamisage seul Pb ­ HCl (mg/kg) Broyage + tamisage Le plus souvent, une sous-estimation des concentrations mesurées après broyage / au tamisage seul Tamisage seul 32 Retombées attendues Promouvoir la prise en compte de la bioaccessibilité orale et son utilisation pour la gestion des SSP Proposer un outil opérationnel pour évaluer la bioaccessibilité Créer des supports de communication et de formation 33