Dynamique des contaminants au sein de la zone critique et stratégie de réhabilitation

CNRS-EC2CO, Action thématique HYBIGE (2021-2022)

« ALMA – Altération des Minéraux Argileux en milieu biotique et abiotique : impacts pour la compréhension des processus hydro-bio-géochimiques dans les environnements de surface ».

Coordinateurs : Dr. V. ROBIN (E2Lim, Université de Limoges) et F. BARON (IC2MP, Université de Poitiers)

Ce projet a pour but de mieux appréhender les processus élémentaires aux interfaces argile – eau – microorganismes, au travers d’un couplage d’altérations expérimentales biotiques et abiotiques. Ce projet transdisciplinaire à l’interface minéralogie/géochimie/microbiologie avec une approche expérimentale tournée vers le modèle (conceptuel ou numérique) consistera en l’observation et la quantification des effets des bactéries hétérotrophes (isolées du milieu naturel) sur les interfaces, la minéralogie, et la physico-chimie des minéraux réactifs des sols que sont les minéraux argileux gonflants de faible taille et faible cristallinité. La réalisation de ce projet apportera des éléments de réponses important concernant :

– le rôle de composés organiques sécrétés par certaines bactéries sur les cinétiques d’altération des minéraux argileux finement divisés présents dans les sols et les mécanismes de dissolution mis en jeu, et l’évolution de la minéralogie et la cristallochimie de ces minéraux et les conséquences pour la réactivité chimique et les cycles élémentaires (disponibilité des bases échangeables et des éléments structuraux)

– le rôle des sécrétions bactériennes et des interactions bactéries-minéraux lors de bio-altérations sur les cinétiques d’altération de ces minéraux et la biodisponibilité des éléments structuraux (Fe, Al, Mg) et ceci en fonction de la cristallochimie des minéraux étudiés.

Partenaires financiers :

AAP Recherche Région Nouvelle Aquitaine (2020-2023) : MobiMet « Mobilité des Métaux dans les environnements de surface : vers un outil prédictif pour l’aide à la gestion des sols contaminés et la préservation de la ressource en eau ».

Co-financement Région pour thèse de doctorat, co-financement Ministère par l’intermédiaire de l’Institut GEIST (Université de Limoges).

Porteur : Dr. V. ROBIN (E2Lim, Université de Limoges).

Le but de cette étude est de proposer de nouveaux inputs pour la modélisation de la mobilité d’éléments métalliques dans les environnements de surface (sols, sédiments), et ainsi de mieux prédire l’évolution de la réactivité de sols contaminés vis à vis des eaux de surface. La compréhension des mécanismes élémentaires permettra d’aller jusqu’à la modélisation (codes géochimiques) des échanges entre les phases minérales et l’eau dans le but de réaliser des prédictions à long terme et de guider les gestionnaires et industriels dans le cadre de réhabilitations de sites et de politiques de gestions des ressources naturelles. Les problématiques autour de la « zone critique », à l’interface entre l’eau et le sol/les sédiments et applications liées sont effectivement nombreuses, en particulier pour ce qui est de la mobilité des métaux et autres contaminants inorganiques. Au centre des préoccupations actuelles on retrouve les problématiques (i) de la qualité de la ressource en eau et (ii) la qualité et usages des sols. Dans l’ensemble de ces cas, la réactivité minérale (dissolution, précipitation, échanges d’ions et complexation de surface) est au cœur des problématiques de mobilité des métaux et métalloïdes.

Dans ces environnements de surface, les minéraux finement divisés, et en particulier les minéraux argileux, sont des minéraux ubiquistes, que ce soit dans les sols ou les sédiments. Ces minéraux présentent une grande réactivité chimique (ex. adsorption de cations, à l’échelle des majeurs comme des traces) de part notamment leur petite taille (souvent inférieure au micromètre) et leur cristallochimie (minéraux chargés et sites d’échanges de surface). De par ces propriétés ils revêtent un intérêt dans le domaine de la dynamique des contaminants organiques ou inorganiques, la mobilité des nutriments pour les végétaux, ou encore dans la rétention d’eau. Cependant, leur réactivité chimique (ex. propriétés d’adsorption) et leur durabilité (résistance à l’altération) dans l’environnement sont mal cernées car ce sont des minéraux très complexes, et particulièrement durs à isoler et purifier dans les sols. Or cette purification des phases est nécessaire afin d’étudier leurs propriétés intrinsèques, ce qui permet à terme de prédire leur comportement et ainsi pouvoir modéliser la mobilité des contaminants et autres éléments d’intérêt dans l’environnement. Les développements actuels dans le domaine de la synthèse minérale permettent d’obtenir des pôles relativement purs avec une chimie contrôlée et de compléter ainsi les données obtenues sur minéraux naturels. On peut donc espérer approfondir ces connaissances par la réalisation d’expériences en laboratoire (isothermes d’échanges, expériences de dissolution) comme sur le terrain (réactions vis à vis d’eaux naturelles plus ou moins contaminées prélevées sur site et exposition longue durée sur site).

Partenariat industriel – Orano.

Etude de l’évolution du pH dans un aquifère sableux en contexte de réhabilitation d’exploitation minière par ISR (In Situ Recovery) acide.

Porteur : Dr. V. ROBIN (E2Lim, Université de Limoges).

Ce projet a pour but de mieux appréhender les processus élémentaires aux interfaces minéraux argileux – eau et notamment les réactions d’échanges cationiques et de dissolution en milieu acide par des approches expérimentales et modèles.

Cette étude s’inscrit dans le cadre d’un projet R&D sur la technique d’exploitation minière par In Situ Recovery (ISR) acide, et plus particulièrement sur les problématiques liées à la réhabilitation après exploitation. De précédentes études ont notamment démontré l’intérêt des minéraux argileux gonflants dans un contexte de réhabilitation de sites exploités par ISR. De par leur forte réactivité chimique vis à vis des solutions, ces minéraux ubiquistes dans les formations exploitées par ISR peuvent jouer un rôle dans la mobilité des éléments pénalisants (adsorption d’éléments métalliques, effet tampon pH…)

Aliénor Transfert – AVRUL – Université de Limoges

prOtect – Une solution naturelle bioinspirée pour une agriculture sans pesticide

Coordinateurs ou porteurs à E2Lim : Céline GIRARD et Vincent GLOAGUEN

L’application de traitements phytosanitaires d’origine chimique (fongicides, herbicides, insecticides) constitue actuellement – pour l’agriculteur mais aussi le particulier – le principal moyen de protection des plantes. Certes efficaces, ces produits posent des problèmes de pollution diffuse et de santé des populations. Ils altèrent également la qualité des écosystèmes et réduisent la biodiversité (faune et flore, dont les insectes pollinisateurs). La réduction de l’usage des produits phytosanitaires constitue aujourd’hui un enjeu sociétal majeur et une nécessité pour préserver la biodiversité.

Le programme prOtect s’inscrit dans cette dynamique. Son originalité est de faire appel aux défenses naturelles des plantes pour :

·         Diminuer le nombre de solution chimique en protection des cultures

·         Eviter l’apparition des résistances aux pesticides

·         Limiter les résidus de pesticides dans les produits alimentaires

Après avoir fait l’objet de plusieurs étapes de recherches scientifiques à caractère académique (TRL3), jalonnées par le dépôt de 3 brevets, la technologie a atteint une échelle préindustrielle (TRL6) permettant ainsi de développer puis d’évaluer dans un contexte agricole (viticulture, pomiculture, céréale, maraîchage) une méthode de biocontrôle appuyée sur l’application du Pleuran, un stimulateur des défenses naturelles des plantes (SDP) isolé à partir de pleurotes cultivés. Une fois pulvérisé sur les cultures, le SDP induit chez les plantes une résistance systémique, sorte d’immunité comparable à une vaccination, contre les maladies. De telles molécules renforcent ainsi la capacité de la plante à répondre à des attaques ultérieures et lui permettent de résister simultanément à un large spectre d’agents infectieux.

Les porteurs ont sollicité l’Agence ALIENOR TRANSFERT pour financer un programme de pré-incubation afin de déverrouiller les derniers points bloquants et permettre le déploiement de cette technologie à une échelle industrielle. L’objectif du présent programme de pré-incubation vise donc à :

·         Finaliser la sécurisation de la PI et du savoir-faire associé

·         Réaliser les derniers essais nécessaires pour la finalisation de la rédaction et du dépôt du dossier de substances actives auprès de l’Agence Nationale de Sécurité Sanitaire de l’Alimentation, de l’Environnement et du Travail (ANSES)

·         Créer une spin-off du Laboratoire qui, en lien avec les partenaires déjà identifiés et après transfert de technologie, se positionnera comme exploitant de la technologie prOtect

AAP CNRS-EC2CO (2023-2024) 

PhytAsOrb: Impacts et risques sanitaires associés aux phyto-accumulations d’arsenic en vallée de l’Orbiel
 

Coordinatrice à E2Lim : Marilyne Soubrand

Le projet PhytAsOrb s’inscrit dans le thème transverse EC2CO : Transition des anciennes exploitations de minerais arséniés vers de nouveaux usages. Les travaux proposés prennent place dans la vallée de l’Orbiel (Aude, France), où se situait l’ancien district minier de Salsigne qui a longtemps été la plus grande mine d’or d’Europe et la plus grande mine d’arsenic au Monde. Suite à la fermeture du site minier en 2004, des travaux de réhabilitation ont été entrepris. Récemment, ce site a fait l’objet de nombreuses controverses suite à la crue dramatique d’octobre 2018 ayant entrainé de graves dégâts matériels, humains et environnementaux via la remobilisation de polluants métalliques.

Dans ce contexte, le transfert de l’As vers les végétaux (Axe 1) dédiés à la consommation tant en jardins potagers (salades, radis, tomates), qu’en champs cultivés (blé, riz, raisin), ou zones forestières (thym, champignons, asperges sauvages, châtaignes) sera étudié. Nous nous intéressons au rôle des dépôts foliaires dans l’accumulation de l’arsenic en atmosphère contaminée (Axe 2). Enfin, les mécanismes d’absorption foliaire associés seront investigués afin d’observer en quoi ces phytoaccumulations peuvent potentiellement induire un risque sanitaire lors de la consommation de plantes potagères, agricoles ou forestières. Des tests in vitro de bioaccessibilité par ingestion de plantes contaminées (selon le protocole BARGE) seront menés afin de déterminer la fraction biodisponible de l’As et des autres métaux après consommation humaine (Axe 3).

Le projet PhytAsOrb fait appel à des approches collaboratives, pluri-échelles, pluridisciplinaires et multi-méthodes pour répondre à ces questions.

Laboratoires associés : G3-GET (Eva Schreck, Astrid Avellan, Jérôme Viers, Aude Calas), LEFE (Camille Larue) et E2Lim (Marilyne Soubrand, Emmanuel Joussein)

Partenaires financiers :