Mesure du flux induit par DGT dans un sol contaminé : effet du ph.

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Hubert Corbeil
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1 Mesure du flux induit par DGT dans un sol contaminé : effet du ph. Julien Rachou Université de Montréal (Montréal, QC, Canada) William Hendershot McGill University (Montréal, QC, Canada) Sébastien Sauvé Université de Montréal (Montréal, QC, Canada) julien.rachou@umontreal.ca

Hendershot McGill University (Montréal, QC, Canada) Sébastien Sauvé

2 Idées de base Quantité totale de métal dans le sol Biodisponibilité (toxicité) Lien biodisponibilité spéciation Procédé capable de mesurer biodisponibilité

3 Objectifs Utilisation du DGT Mesure du flux de cadmium. Etudier l effet du ph sur un sol. Lien mesures du DGT biodisponibilité.

4 Le sol Collecté près de Saint-Michel-des-Saints (200 Km au Nord-ouest de Montréal). Sol sableux, tamisé < 2mm. Caractéristiques initiales suivantes : ph CEC SOM Rétention d eau (WHC) cmol kg g C kg %

5 Les sols Sols contaminés avec CdCl 2 2.5H 2 0 sur un intervalle de 0 < Cd < 40 mg Cd kg -1. Travail avec une masse de terre sèche de m=427 g. Normalisation en [Cl - ] avec KCl. Première série à ph naturel ph=5.6 Deuxième série : ajout 1% (w/w) CaCO 3 ph=7.0. Equilibration pendant 1 mois.

6 Les sols Complexité des mécanismes en interaction. Utilisation d un sol unique. Contamination à différents taux en Cd [Cl - ] = Cste. Normalisation de nombreux paramètres du sol. Focalisation sur nos objectifs.

7 Le DGT Représentation schématique d un DGT :

8 Le DGT 4 cm 14 cm

9 Le DGT Théorie : accumulation des métaux sur une surface bien définie, vitesse d accumulation proportionnelle à la concentration externe de l analyte cible, gel de diffusion limite cette vitesse imitant ainsi les racines des plantes.

concentration externe de l analyte cible, gel de diffusion

10 Le DGT Préparation des gels : - Gels de diffusion commerciaux (DGT Research Ltd, Lancaster, UK). - Gels de résine! solution stock : acrylamide + bis-acrylamide! ammonium persulfate! TEMED! résine échangeuse d ions (Type Na Chelex-100).

11 Le DGT Métaux labiles loin de l interface du DGT Diffusion Résine Chelex Gel de diffusion Liaison forte Métaux labiles près de l interface du DGT Sorption Désorption Métaux sorbés sur les sites de surface du sol Dissociation Complexation Métaux Complexés / Inertes

interface du DGT Sorption Désorption Métaux sorbés sur les sites

12 Le DGT Première loi de Fick: F = C D( a g C 0 ) D : coefficient de diffusion avec C a : concentration à l interface du DGT et de la solution de sol C 0 : concentration à la résine g : épaisseur de la couche de diffusion

13 Le DGT Le flux peut aussi être assimilé comme une masse par unité d aire et de temps : F M = (µg.cm -2.s -1 ) A t M : masse de métal sur la résine avec A : aire de gel en contact t : temps de déploiement

14 Expérimentalement Le DGT Mise du sol au taux d humidité voulu (~ WHC). Temps d exposition de 24 h Obtention état pseudo-stationnaire. Pas de contribution des procédés lents. Elution de la résine dans HNO 3 1M pendant 24 h. Analyse par ICP-AES.

15 Méthodes analytiques ICP-AES (λ = nm) LD = 1 µg Cd L -1 Cd total dans les sols après digestion dans HNO 3 concentré. Cd total dans les solutions de sols. Masse de Cd sur le gel de résine. DPASV LD = 2 µg Cd L -1 Cd labile dans la solution de sol.

16 Méthodes analytiques Differential Pulse Anodic Sripping Voltammetry (DPASV) " Cadmium labile dans les solutions de sol. Cd réduit dans la goutte de Hg tombante à un potentiel spécifique. Intensité (na) Etalonnage du Cd Pic proportionnel à la concentration Potentiel (mv)

Cd réduit dans la goutte de Hg tombante à un potentiel spécifique.

17 Validation Corrélation entre le Cd labile de la solution de sol initiale et le Cd extrait de la résine. Cd extrait de la résine (µg.l -1 ) R 2 = ph = 5.6 ph = Cd labile initial dans la solution de sol (µg.l -1 ) Possibilité de comparaison des valeurs obtenues aux 2 ph de travail. Bon réapprovisionnement de la phase solide.

993 ph = 5.6 ph = 7.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Cd labile initial dans la solution de sol (µg.

18 Résultats et Discussion Sols naturels ph=5.6 Sols chaulés ph= Cd labile initial (µg.l -1 ) Cd initial total dans la solution de sol (µg.l-1) Cd labile initial (µg.l -1 ) Cd initial total dans la solution de sol (µg.l-1) 36 % de labile 39 % de labile Peu d impact sur la complexation. Diminution du ph entraîne la désorption du Cd.

19 Augmentation du ph diminue la vitesse de réapprovisionnement en Cd de la phase solide vers la solution de sol. Résultats et Discussion 100 log 10 F (µg cm -2 h -1 ) ,1 ph = 5.6 ph = Cd Total dans le sol (mg Cd kg -1 )

Résultats et Discussion 100 log 10 F (µg cm -2 h -1 ) 10 1 0,1

20 Conclusion Confirmation de l importance du réapprovisionnement de la phase solide. Le ph est un facteur important dans le contrôle de la solubilité des métaux lourds dans un sol. Quantification du flux de la phase solide vers la solution de sol.

21 Perspectives Etude de l effet de la matière organique. Utilisation in situ. Relation entre les concentrations mesurées par DGT et les quantités de métal extraites par les racines des plantes.

22 Mesure du flux induit par DGT dans un sol contaminé : effet du ph. Julien Rachou Université de Montréal (Montréal, QC, Canada) William Hendershot McGill University (Montréal, QC, Canada) Sébastien Sauvé Université de Montréal (Montréal, QC, Canada) julien.rachou@umontreal.ca

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