Contamination des sols franciliens par les éléments traces métalliques et les micropolluants organiques

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1 Contamination des sols franciliens par les éléments traces métalliques et les micropolluants organiques Johnny Gaspéri, Sophie Ayrault, Elodie Moreau-Guigon, Fabrice Alliot, Pierre Labadie, Hélène Budzinski, Martine Blanchard, Emilie Caupos, Mathieu Cladière, Bruno Tassin, Marie-Jeanne Teil, Catherine Bourges, Annie Desportes, Marc Chevreuil et Régis Moilleron

2 Problématique et objectifs Contexte environnemental En France Bases de donnée sur sites et sols pollués Bases de données sur les émissions polluantes Bases de données sur propriétés physico-chimiques des substances.. Mais..

3 Problématique et objectifs Contexte environnemental - Peu de bases de données sur la contamination des sols par certains micropolluants : Base de données GIS Sol sur 8 métaux, HAP, PCB, dioxines et pesticides organochlorés, Base de données INDIQUASOL (Indicateurs de la Qualité des Sols) - Pourtant qualité du sol influence la qualité des milieux récepteurs Connaissance de la qualité des sols Quelle qualité pour un sol urbain et rural?

4 Problématique et objectifs Objectifs Connaissance de la qualité des sols Quelle qualité pour un sol urbain et rural? (1) Quelle contamination des sols? Profils et corrélations? (2) Influence de l occupation des sols sur la contamination? Sols urbains vs. ruraux (?) (3) Comparaison des stocks de polluants contenus dans le sol et les flux atmosphériques

5 Matériels et méthodes Sites étudiés - 32 sols issus d une pédothèque constituée au LEESU (n=120) - 2 sols forestiers, - 10 parcelles agricoles, - 18 sols en zones urbaines denses, - 2 sols dans des zones industrielles. - Répartis sur l ensemble du territoire (urbain, péri-urbain, agricole) - Sols échantillonnés en , au moyen d une tarière sur les dix premiers centimètres du sol - Echantillons lyophilisés, broyés, puis conservés en chambre froide jusqu à analyse

6 Matériels et méthodes Sites étudiés (n=32) Urbains vs. ruraux Influence des vents dominants (SO-NE)

7 Matériels et méthodes Paramètres suivis et molécules étudiées - COT et «black carbon» substances recherchées - 23 éléments majeurs et traces - 6 familles de polluants organiques + 4 substances individuelles Métaux (n=23) HAP (n=15) PCB (n=19) PAE (n=7) PBDE (n=8) AP (n=7) PFAS (n=22) ICP-MS Le Pape et al GC-MS Motelay et al GC-MSMS Goutte et al GC-MS Dargnat et al GC-MS Muresan et al LC-MSMS Cladière et al. (2013) LC-MSMS Munoz et al. 2015

8 Matériels et méthodes Molécules étudiées Métaux (n=23) HAP (n=15) PCB (n=19) PAE (n=7) PBDE (n=8) AP (n=7) PFAS (n=22) Fluides diélectriq. Retard. bromés Tensio-actif F Produits combust. Plastifiants Tensio-actifs PIREN Seine Colloque de fin de phase 6 27, 28, 29 mai 2015

9 Résultats et discussion Carbone organique total et black carbon [Min-Med-Max] COT (%) 0,54 2,52 9,14 Teneurs proches INDIQUASOL BC (%) 0,05 0,29 3,07 BC/COT 0,005 0,13 0,98 Ratios proches de Wang et al. (2014) Aérosols atmosphériques présentent des valeurs de BC/COT proches Présence de BC dans les sols est fortement corrélée aux dépôts atmosphériques. Teneurs en COT et BC plutôt gamme faible littérature (Hamilton et Hartnett 2013, Nam et al. 2008, Wang et al. 2014) Pas de corrélation significative entre COT et BC (Test MW, α=0,05)

10 Résultats et discussion Métaux (mg/kg) [Min-Med-Max] Na Mg Al K Ca Ti V Cr Mn Ba Co Ni Zn Pb Cu As Sr Ag Cd Sb Tl Hg mg/kg 1 mg/kg 0,1 0,01 d90/d10 39 Pb Ag, Cd, Sb PIREN Seine Colloque de fin de phase 6 27, 28, 29 mai 2015

11 Résultats et discussion Métaux Sols franciliens vs. littérature - Littérature large gamme de variation des teneurs observées - Littérature se focalise sur les métaux réputés «urbains» (Zn, Cu, Pb, Cd), MAIS couvre une gamme par contre plus restreinte d éléments. - Typiquement Hg, V, Sb très mal documentés Globalement les niveaux en Pb, Cu, Ni, Zn dans les sols franciliens sont plutôt en milieu de gamme ou dans la gamme haute des concentrations observées dans la littérature. Marqueurs de l urbanisation dans le bassin de la Seine Zn, Pb, Cu, Sb contaminants métalliques anthropiques majeurs.

12 Résultats et discussion Micropolluants organiques (µg/kg) [Min-Med-Max] AP (n=7) PAE (n=7) HAP (n=15) PCB (n=19) PBDE (n=8) PFAS (n=22) µg/kg µg/kg 1 0,1 d90/d10 < 10 < 10 > 100 > 20 > 20 < 10 PIREN Seine Colloque de fin de phase 6 27, 28, 29 mai 2015

13 Résultats et discussion Micropolluants organiques (µg/kg) [Min-Med-Max] AP (n=7) PAE (n=7) HAP (n=15) PCB (n=19) PBDE (n=8) PFAS (n=22) µg/kg µg/kg 1 0,1 d10-d ,3-1,3 0,2-3, (Bergé et al. 2012) < LD (Vethaak et al. 2005) Vuillanneau et al. (2011) 0,5 17 Vuillanneau et al. (2011) PIREN Seine Colloque de fin de phase 6 27, 28, 29 mai ,6 4 Hassanin et al. (2004) Très peu documenté

14 Résultats et discussion Distributions des polluants organiques AP 50% PCB 20% PAE 29% 20% PBDE >75 % HAP 10 15% PFAS 60% PIREN Seine Colloque de fin de phase 6 27, 28, 29 mai 2015

15 Résultats et discussion COT, BC et polluants organiques - Pas de corrélation entre COT et BC Nam et al. (2008) COT et BC corrélés - Pas de corrélation entre COT, BC, polluants organiques et métaux Métaux Pas d étude Vuillanneau et al. (2011) Corrélation entre COT et PCB mais pas HAP Nam et al. (2008) Corrélation entre COT, PCB et PBDE mais pas HAP Wang et al. (2014) Aucune corrélation n a pu être mise en évidence entre HAP, COT et BC pour sols urbains, contrairement aux sols péri-urbains Cohérence pour résultats HAP Divergence pour PCB (?) - Pas de corrélation entre familles de polluants organiques

16 Résultats et discussion Sols ruraux vs. urbains Différences significatives* BC (0,14% vs 0,34%) Cu (15,3 vs 25,5 mg/kg) Zn (61,3 vs 102,1 mg/kg) Différences non significatives mais tendances Sr (66 vs 120 mg/kg) Hg (0,07 vs 0,15 mg/kg) Pb (45 vs 60 mg/kg) Pas de tendance COT (2,28% vs 2,62%) Cr (52 vs 53 mg/kg) As (8,6 vs 10,1 mg/kg) PFOS (0,32 vs 0,92 µg/kg) 15 HAP (1100 vs 1800 µg/kg) 19 PCB (4,6 vs 10,3 µg/kg) 22PAFS (0,37 vs 1,00 µg/kg) 8PBDE (0,53 vs 0,95 µg/kg) 7AP (88 vs 130 µg/kg) 7PAE (325 vs 375 µg/kg) * Test MW, α=0,05 PIREN Seine Colloque de fin de phase 6 27, 28, 29 mai 2015

17 Résultats et discussion Des sols multi-contaminés Quelques sites se démarquent : - Sol 109 (Argenteuil) : forte contamination en Pb, Cd, Ag, Zn, PBDE et PCB Proximité voies sur berges et ZI - Sols 100 (urbains) et 70 (agricole) : forte contamination HAP Métaux Micropolluants organiques Foret Ram.

18 Résultats et discussion Stocks (1 cm) vs. Flux atmosphériques Zn Azimi (2004) Pb 7AP Cladière (2012) 7PAE Dargnat (2008) 15HAP 19PCB 8PBDE Chevreuil et al. (2009) Tlili (2012) 22PFAS Phase 6 PIREN Flux atm. (mg ou µg/m²/ an) Stocks (mg ou µg/m²) Ratio , Cu, Cd Rémanence des molécules Emissions passées fortes + Emissions actuelles Usage plus récent Mobilisation?

19 Conclusions et perspectives (1) Quelle contamination des sols? Profils et corrélations? Métaux : de quelques mg/kg à plusieurs milliers de mg/kg Quelques corrélations entre métaux mais pas entre métaux, COT et BC Polluants organiques : de 0,1 µg/kg à plusieurs milliers de µg/kg Pas de corrélation entre contaminants, COT et BC HAP ( 15HAP, µg/kg) PAE ( 7PAE, µg/kg) AP ( 7AP, µg/kg) PCB ( 19PCB, 1-71 µg/kg) PBDE ( 8PBDE, 0,3-13 µg/kg) PFAS ( 22PFAS, 0,2-3,2 µg/kg)

20 Conclusions et perspectives (2) Influence de l occupation des sols sur contamination? Sols urbains vs. ruraux (?) Sols urbains >>> BC, Cu, Zn, PFOS > Sr, Hg, Pb, HAP, PFAS, PBDE Cr, As, AP, PAE Emissions urbaines.. Mais dissémination des composés bruit de fond Sols ruraux Certains sites multi-contaminés :Sols remaniés? Quel historique?

21 Conclusions et perspectives (3) Comparaison des stocks de polluants contenus dans le sol et les flux atmosphériques Stocks importants de polluants dans le 1 er cm de sols Importance de ces stocks par rapport aux flux atmosphériques HAP, Pb AP, PAE, Zn PCB PBDE, PFAS

22 Conclusions et perspectives (1) Profils de contaminants à travers les différents horizons du sol? Ou approche plus pédologique? (2) Relations carbone organique, black carbon et micropolluants? Trop faible nombre de sols étudiés (n=32)? (3) Faire maintenant le lien entre le stock de polluants contenu dans un sol et la partie transférée vers les rivières ou les aquifères pour évaluer la rémanence à long terme de ces contaminants.

23 Contamination des sols franciliens par les éléments traces métalliques et les micropolluants organiques Merci de votre attention