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– P r o j e t D O R I S –
Les Dépôts de Boues Rouges du Bassin Minier de Provence :
Caractérisation et Impacts sur la Qualité Physico-Chimique
et
Biologique des Sols
Séminaire de l’OHM-BMP – 27/09/2016 – Salle Léon Masson,
Simiane-Collongue
Mange-Garri
Griffon
La Delorme
Mathieu LUGLIA, Stéven CRIQUET, Catherine KELLER, Sophie GACHET,
Pierre HENNEBERT, Camille FOURRIER et al .
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Les Dépôts de Boues Rouges du Bassin Minier de Provence :
Caractérisation et Impacts sur la Qualité Physico-Chimique et
Biologique des Sols
o Bassin minier de Provence extraction de l’alumine dépôts
terrestres de résidus de bauxite
o Questionnements société civile et communauté scientifique
impact environnemental ?
o Diverses valorisations sont à l’étude
o Peu d’études conduites sur ces dépôts
o Thématique prioritaire OHM-BMP
Contexte
2
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Les Dépôts de Boues Rouges du Bassin Minier de Provence :
Caractérisation et Impacts sur la Qualité Physico-Chimique et
Biologique des Sols
o Bassin minier de Provence extraction de l’alumine dépôts
terrestres de résidus de bauxite
o Questionnements société civile et communauté scientifique
impact environnemental ?
o Diverses valorisations sont à l’étude
o Peu d’études conduites sur ces dépôts
o Thématique prioritaire OHM-BMP
Contexte
Cadre institutionnel
o IMBE, CEREGE, INERIS, Observatoire Boues Rouges OHM-BMP
o OHM-BMP APR 2016
o LabEx DRIIHM bourse post-doctorale
o ED 251 Sciences de l’Environnement bourse doctorale
2
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– P r o j e t D O R I S –
Les Dépôts de Boues Rouges du Bassin Minier de Provence :
Caractérisation et Impacts sur la Qualité Physico-Chimique et
Biologique des Sols
Comment et dans quelle mesure ces activités industrielles
pourraient-elles interagir avec les écosystèmesterrestres au
travers du continuum sol-plantes ?
Évaluer les effets :
o Mélanges résidus/sols caractéristiques pédo-biologiques
o Écotoxicologiques composantes biologiques
o Interactions sol/microorganismes/plantes processus
fonctionnels
Objectifs
3
-
État zéro :
o Analyses bio-géochimiques
o Typologie des résidus des différents sites
o Spatialisation
o Diagnostics écotoxicologiques
Étapes
Tâche 1 – Caractérisation
– P r o j e t D O R I S –
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Caractérisation et Impacts sur la Qualité Physico-Chimique et
Biologique des Sols
Comment et dans quelle mesure ces activités industrielles
pourraient-elles interagir avec les écosystèmesterrestres au
travers du continuum sol-plantes ?
Évaluer les effets :
o Mélanges résidus/sols caractéristiques pédo-biologiques
o Écotoxicologiques composantes biologiques
o Interactions sol/microorganismes/plantes processus
fonctionnels
Objectifs
3
-
État zéro :
o Analyses bio-géochimiques
o Typologie des résidus des différents sites
o Spatialisation
o Diagnostics écotoxicologiques
Approches in situ, multi-échelles et expérimentales :
o Structure et diversité des communautés végétales
o Dynamique des communautés microbiennes édaphiques
o Interactions fonctionnelles : relations sol-plantes
Étapes
Tâche 1 – Caractérisation Tâche 2 – Effets sur les
pédosystèmes
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Caractérisation et Impacts sur la Qualité Physico-Chimique et
Biologique des Sols
Comment et dans quelle mesure ces activités industrielles
pourraient-elles interagir avec les écosystèmesterrestres au
travers du continuum sol-plantes ?
Évaluer les effets :
o Mélanges résidus/sols caractéristiques pédo-biologiques
o Écotoxicologiques composantes biologiques
o Interactions sol/microorganismes/plantes processus
fonctionnels
Objectifs
3
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o Acquisition de données fondamentales
o Diagnostic écosystémique
o Envisager des solutions de valorisation des dépôts en
place
o Préconiser des mesures de gestion des dépôts à venir
Résultats attendus
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Caractérisation et Impacts sur la Qualité Physico-Chimique et
Biologique des Sols
4
R É S I D U S D E
B A U X I T E
Φ-chimie
Plantes
µorganismes
-
Résultats du stage de Master 2 Recherche : janvier – juin
2016Spécialité Biodiversité Ecologie et Evolution – AMU
Présenté par Camille FOURRIERSous la direction de Stéven Criquet
et Mathieu Luglia
-
Résultats PlantesDémarche ConclusionRésultats
microbiensProblématique 1
Contexte
Résidus de bauxite modifiés (RBM)
Ajout gypse + lavages
pH Salinité Conductivité
Résidus de bauxite
INTERACTIONEnvironnement
terrestre
Crassiers (dépôts passés)
Valorisations à l’étude- Bauxaline®- RBM (Fournis par
INERIS)
Résidus de bauxite bruts
pH > 10 Conductivité forte Salinité forte Concentrations de
certains ETM fortes Imperméabilité élevée
-
Résultats Plantes ConclusionRésultats microbiensProblématique
Démarche 2
Démarche de l’étude
Terre végétale (TV)CONTRÔLE
Boues rouges (BR)
Résidus de bauxite modifiés
(RBM)
Apport de BR OU de RBM, en doses croissantes
Quelles sont les réponses d’un pédosystème face à l’apport de
résidus de bauxite, modifiés ou pas ?
-
Résultats Plantes ConclusionRésultats microbiensProblématique
Démarche 3
Démarche de l’étude
Communauté microbienne
BiomasseRecyclage MO
BiodiversitéPhysico-chimie
pH Conductivité
ϕ
VégétalGerminationCroissance
-
Résultats Plantes ConclusionRésultatsProblématique Démarche
4
Incidence physico-chimique
Dose BR = pHConductivité
Dose RBM = pH moins importantePas d’augmentation
conductivité
pH Conductivité (mS.cm-1)
6,5
7,5
8,5
9,5
10,5
11,5
TV 10 20 30 40 50 BR
Contrôle Doses (%) Brutes
BR
RBM
0
2
4
6
8
10
TV 10 20 30 40 50 BR
Contrôle Doses (%) Brutes
-
Résultats Plantes ConclusionProblématique Démarche 5Résultats
microbiens
a
a
b bc c c d0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
TV 10 20 30 40 50 BR
Contrôle Doses (%) Brute
mg(O2).kg-1.jour-1
Dose BR = Respiration induiteEffet dose BR
EFFET DOSE BR SUR LA RESPIRATION
Effet sur la respiration microbienne
≈ Biomasse
-
Résultats Plantes ConclusionProblématique Démarche 6Résultats
microbiens
Effet sur l’activité enzymatique
ENZYME
-
Résultats Plantes ConclusionProblématique Démarche Résultats
microbiens 7
a
a
b
bc c
d0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
a
ab
bc
cd
d d d0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
a
b
cd de de
e
0
0,2
0,4
0,6
0,8
TV 10 20 30 40 50 BR
Contrôle Doses (%) Brute
β-glucosidase
Phosphatase basique
Phosphatase acide
mU.g-1 MS
Dose BR = activité
Dose BR = activité
Dose BR = activité
Effet sur l’activité enzymatique
EFFET DOSE BR SUR TOUTES LES ENZYMES
-
Résultats Plantes ConclusionProblématique Démarche Résultats
microbiens 8
a
a
b
bc c
d0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
a
ab
bc
cd
d d d0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
a
b
cd de de
e
0
0,2
0,4
0,6
0,8
TV 10 20 30 40 50 BR
Contrôle Doses (%) Brute
mU.g-1 MS
Effet sur l’activité enzymatique
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
TV 10 20 30 40 50 BR
Contrôle Doses (%) Brutes
pH
Conductivité
pH
Conductivité(mS.cm-1)
-
Résultats Plantes ConclusionProblématique Démarche Résultats
microbiens 9
Effet sur la biodiversité fonctionnelle (Biolog®)
INTENSITÉ = Activité métabolique
NBR DE PUITS ACTIVÉS = Diversité
-
Résultats Plantes ConclusionProblématique Démarche Résultats
microbiens 10
a a
a
b
c
c c
1
1
*
12 *
12*
2
*
2
*
3
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
TV 10 20 30 40 50 BR/RBM
Contrôle Doses (%) Brut
BR
RBM
a a a
b bc
c
c
1 1 1*
1
*
1
*
1
*
2
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
TV 10 20 30 40 50 BR/RBM
Contrôle Doses (%) Brut
BR
RBM
Dose = activitéEffet dose BR et RBM
Dose = diversitéEffet dose BR
Pas d’effet du RBM
EFFET DOSE BR ET RBM SUR L’ACTIVITE EFFET DOSE BR > EFFET
DOSE RBM
EFFET DOSE BR SUR LA DIVERSITE FONCTIONNELLEPAS D’EFFET RBM SUR
DIVERSITE FONCTIONNELLE
Effet sur la biodiversité fonctionnelle (Biolog®)AWCD90h
(DO590nm) H’90h
-
Résultats Plantes ConclusionProblématique Démarche Résultats
microbiens 11
Conclusion - microorganismes
Effet négatif et effet dose sur l’intensité de l’activité
microbienne mais beaucoup moins important que la BRPas d’effet sur
la diversité fonctionnelle microbienne
BR Effet négatif et effet dose sur tous les indicateurs
mesurés
RBM
EFFET BR > EFFET RBM
-
ConclusionProblématique Démarche Résultats microbiens 12
Effet sur le végétal
Test de germination Mésocosmes
Résultats Plantes
-
ConclusionProblématique Démarche Résultats microbiens Résultats
Plantes 13
a
a
b b c c1 1
11
*
1*
1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
a a
a
b
b b
11
1
*
1
*
1 *
1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Proportion de graines germée
Effet sur la germination
Raygrass anglais
Luzerne
Moutarde blanche
EFFET DOSE BR SUR TOUTES LES ESPECES
PAS D’EFFET RBM
a a
b
c
cc
1 1*
1
*
1
*
1
*
1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
TV 10 20 30 40 50
Contrôle Doses (%)
BR
RBM
-
ConclusionProblématique Démarche Résultats microbiens Résultats
Plantes 14
Effet sur la productivité végétale
Biomasse sèche (mg)
TV 10% - BR 20% - BR
R1 62,7 53,4 0
R2 101,6 11,3 0
R3 139,1 34,1 0
R4 97,4 9,4 0
R5 79,0 4,6 0
Moyenne (n = 5)
96,0 +/- 28,7* 22,6 +/- 20,7 0
Pas de croissance de la luzerne et de la moutarde
Raygrass : Pas de croissance à 20% de BR
Dose 10% = productivité
Effet de la texture ?EFFET BR SUR
PRODUCTIVITE DES PLANTES
-
ConclusionProblématique Démarche Résultats microbiens Résultats
Plantes 15
Conclusion végétaux
BR
RBM
Effet négatif et effet dose sur la germination et la
productivité des 3 espèces
Pas d’effet sur la germination des 3 espèces
Réponses différentes selon les espèces : RG < M < L
EFFET BR >> EFFET RBMTransfert d’échelle : RG = le seul à
pousser dans les mésocosmes
Impact sur la TEXTURE du sol
-
ConclusionProblématique Démarche Résultats microbiens Résultats
Plantes 16
Conclusion générale et perspectives
Possibilité d’influence du pH, mais surtout de la salinité (Na+)
Influence des échelles d’étude ? Influence des ETMM sur les traits
étudiés ?
Identification des causes multiples et potentiellement
synergiques, ainsi que leurs parts respectives expliquant
l’effet
négatif des BR
EFFET BR > EFFET RBM
-
MERCI DE VOTRE ATTENTION