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L'homme par son développement économique et technologique impacte sur son environnement. Le sol n'est pas épargné par cette menace croissante de par son rôle d'interface environnementale. Une fois dégradé à la suite de contaminations, il ne peut plus remplir ses fonctions écosystémiques telles que la protection des écosystèmes, la production alimentaire ou la préservation de la qualité des eaux de surface et souterraines. Les études présentées dans la thèse sont menées sur des sols contaminés par des retombées atmosphériques chargées en éléments traces. Ce type de contamination augmente les teneurs naturelles en contaminants dans les sols et plus particulièrement dans les horizons de surface jusqu'à dépasser les teneurs maximales définies par la législation. Le premier axe de recherches a pour objet l'évaluation d'une contamination à l'échelle d'un paysage entourant une ancienne usine de traitement de minerai de zinc et plomb. La distribution spatiale des teneurs en cadmium, plomb et zinc dans l'horizon de surface (0-20 cm) a été caractérisée à l'aide de 247 échantillons prélevés en culture, prairie et forêt sur trois grands types de sols limoneux représentatifs de la zone d'étude de Sclaigneaux (Wallonie, Belgique). La répartition des contaminants est expliquée par la distance à la source de contamination, le sens des vents dominants, l'occupation du sol et le type de sol. Par la suite, 22 profils de sols ont été échantillonnés au sein de la zone d'étude afin d'estimer le transfert vertical en contaminants. Sur base de différents indices de contamination, aucune migration le long des profils n'a été mise en évidence. Seuls certains horizons plus argileux ont présenté des teneurs en contaminants qui augmentaient par rapport à leurs horizons supérieurs. La seconde approche a étudié les transferts de contaminants du sol vers les plantes et/ou vers les vers de terre. Tout d'abord, une étude in situ de la qualité de grains d'orges (Hordeum vulgare L.) récoltés sur la zone d'étude de Sclaigneaux a été réalisée. Il ressort que les concentrations en cadmium dans le grain répondent à la qualité de mise sur le marché des céréales. Cependant, 78% et 94% des concentrations en cadmium et zinc mesurées dans les grains dépassent les teneurs attendues en milieu non impacté par des activités anthropiques industrielles. Dans un deuxième temps, une étude en microcosmes a été menée avec des sols de parcelles agricoles de Sclaigneaux sur lesquels deux plantes (la féverole, Vicia faba L. Tet le maïs, Zea mays L.) ont été cultivées et dans lesquels des vers (Eisenia fetida (Savigny)) ont été introduits. Les traits de vie d'E. fetida tels que la mortalité et le poids des adultes n'ont pas été impactés par les teneurs en contaminants ou la présence des plantes contrairement à leur reproduction (poids et nombre des cocons). Par ailleurs, la présence d'E. fetida dans les microcosmes a influencé la mobilité et la biodisponibilité des contaminants. La troisième approche traite de contaminations métalliques en jardins potagers et de leur gestion à l'aide d'amendements organiques. Cette méthode de stabilisation a pour objectif de diminuer la fraction labile en contaminants du sol et par delà diminuer leur transfert vers les plantes. Pour se faire, deux légumes (l'épinard, Spinacia oleracea L. et la laitue, Lactuca sativa L.) ont été cultivés sur des sols de jardins potagers contaminés enrichis en divers amendements vendus en jardinerie. La conclusion majeure de cette étude est que la gestion sur base d'amendements du commerce ne permet pas une diminution systématique de la fraction soluble en contaminants. Ceci est principalement du à l'apport direct en éléments traces rapidement mobilisables réalisé par l'ajout de certains des amendements étudiés.

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Depuis quelques années, la spectrométrie de fluorescence des rayons X (XRF) s'impose comme une nouvelle méthode d'analyse des éléments traces métalliques (ETM) tels le plomb, le cuivre, le zinc, le chrome, l'arsenic et le nickel au sein du sol. Il s'agit d'une méthode non destructive n'utilisant aucun réactif chimique contrairement à la digestion à l'eau-régale. Cette méthode peut être utilisée soit dans sa version laboratoire ou bien directement in situ. L'appareil utilisé durant ce travail est le modèle S1 TITAN de la marque BRUKER. Dans un premier temps, l'étude des performances de cette nouvelle technologie est étudiée. Son potentiel à produire des résultats fidèles et justes selon son mode opératoire, ainsi que sa capacité à prédire les valeurs eau-régale, sont étudiés. Les limites de son utilisation sur terrain sont testées sur des parcelles présentant peu ou pas de contaminations (parcelles du Haut-des-Tawes, Liège) et sur un site hautement contaminé (jardin potager collectif de Bressoux, Liège). De bonnes corrélations (R² > 95%) pour le cuivre, le zinc et le plomb sont démontrées pour son utilisation laboratoire et in situ. Par contre, l'obtention de résultats fidèles restent dépendant d'une série de facteurs externes. Les erreurs de mesure entre les répétitions sont plus ou moins grandes suivant les éléments traces considérés (le plomb, le zinc et le cuivre présentent les meilleurs résultats). Les facteurs principaux influençant les mesures sont : la qualité de la matrice analysée, la granulométrie et la teneur en eau du sol. La deuxième partie de ce travail consiste à évaluer le potentiel de la pXRF a apporter une information dans l'analyse spatiale des contaminations à faible distance (échelle décamétrique) et grandes distances (Province de Liège). Une première analyse réalisée sur terrain permet d'obtenir une première information sur le niveau des concentrations rencontrées, la spatialisation et la distribution des éléments traces étudiés. Cela permet de développer un plan d'échantillonnage optimal pour une analyse approfondie des zones considérées.

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Sediment. --- Sediment --- Soil analysis --- Trace elements --- Heavy metals --- pollutants --- soil types --- Calamine soils --- Aluminium --- Zinc --- Lead --- Belgium

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Lubumbashi is facing a growing environmental issue for a few years. Mining industry which is established in town for more than a century prevents vegetation from growing and contaminates the environment (water, soil and plants) via metallic wastes. Indeed, polluted run-off water and industrial fumes have been causing a metallic trace elements accumulation (Cu, Co, Pb, Zn, Cd) in soils for decades. A pollution cone related to Gecamines’ smokestack wastes and oriented according to regional dominant winds direction has been identified ten years ago. The contamination could represent a public health threat as market gardening products gather soil metals. So far, this industrial pollution had only been revealed by punctual soil analyses. In order to confirm the synthesis and mapping results from Shutcha et al. (unpublished), this study established a copper content map from Lubumbashi soils. In order to do this, forty-seven samples were collected in unexplored areas. Several analyses were carried out to characterize soils (pH, TOC, XRF, AA-EDTA, total elements). The map uses copper contents from AA-EDTA analysis and consists in a former studies samples compilation. Except some small differences, both maps look very alike. The new one shows a pollution cone spreading more than expected towards north-west. A bigger contaminated area than in the former map is observed east of the city. This contamination is related to Etoile and Ruashi mines waste. In the future, these maps are a basis for the soils pollution remediation work in Lubumbashi. La ville de Lubumbashi fait face depuis quelques années à un problème environnemental grandissant. L’industrie minière, établie au sein de la ville depuis plus d’un siècle, empêche la croissance de la végétation et contamine l’environnement (eau, sol et plantes) via ses rejets métalliques. En effet, les eaux de ruissellement chargées et les fumées industrielles provoquent une accumulation d’éléments traces métalliques (Cu, Co, Pb, Zn, Cd) depuis des décennies, notamment dans les sols de la ville. Un cône de pollution, dû aux rejets de la cheminée de la Gécamines et orienté selon la direction des vents dominants de la région, a d’ailleurs été mis en évidence il y a une dizaine d’années. La contamination pourrait représenter une menace pour la santé publique vu que les produits de l’agriculture maraichère accumulent les métaux contenus dans le sol. Jusqu’à présent, cette pollution industrielle n’avait été mise en évidence que via des analyses ponctuelles de sol. Afin de confirmer le travail de synthèse et de cartographie de Shutcha et al. (Inédit), cette étude a établi une carte des teneurs en cuivre des sols de Lubumbashi. Pour ce faire, quarante-sept échantillons ont été récoltés en des endroits encore non-prospectés. Plusieurs analyses ont été menées afin de caractériser les sols (pH, COT, XRF, AA-EDTA, éléments totaux). La carte est construite avec les teneurs en cuivre obtenues par AA-EDTA et résulte d’une compilation des points d’études antérieures. Mis à part de petites différences, les deux cartes sont très similaires. La nouvelle carte présente un cône de pollution s’étendant plus encore vers le nord-ouest et une plus vaste zone contaminée par les mines de l’Etoile et de Ruashi à l’est de la ville. Pour le futur, ces cartes constituent une base pour le travail de remédiation de la pollution des sols de Lubumbashi.

Sciences du vivant > Sciences de l'environnement & écologie --- Physique, chimie, mathématiques & sciences de la terre > Sciences de la terre & géographie physique

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La vallée de Lanping abrite la plus grande mine de plomb et de zinc de Chine. Son impact environnemental n'est pas sans conséquence économique obligeant les agriculteurs à exporter leurs récoltes. Cependant, l'impact réel de cette activité sur la vallée de Lanping n'a pas été étudié jusqu'à aujourd'hui. 

Ce travail de fin d'études a pour premier objectif de caractériser le fond géochimique d'une zone d'étude située dans la vallée de Lanping au nord de la province du Yunnan en Chine. Cette analyse montre que l'activité minière pollue son environnement jusqu'à une distance de 9,57 km de son site d'exploitation. Les agriculteurs n'ont pas d'autre choix que de cultiver sur des champs contaminés en plomb, en zinc et en cadmium. C'est dans cette optique que s'inscrit le deuxième objectif de ce travail. Cet objectif a pour but de déterminer quel traitement, parmi la chaux, la sépiolite et la matière organique, est le plus efficace sur la réduction de biodisponibilité des ETM sur trois types de sol. Les résultats de l'expérimentation ont montré différents comportements selon la nature du métal, le traitement appliqué et le sol étudié.

Fond géochimique --- ETM --- sépiolite --- chaux --- matière organique --- contaminations --- biodisponibilité --- Ingénierie, informatique & technologie > Géologie, ingénierie du pétrole & des mines