Sol pollué Flashcards
Les constituants du sol
- eau
- air
- constituants minéraux
- constituants organiques
Constituants minéraux du sol
- Minéraux primaires (CaCo3, Feldspath, Quartz…)
2. Minéraux néoformés (minéraux argileux, oxydes métalliques)
Constituants organiques du sol
- Matières contenant le carbone (matière organique fraîche)
- Substances humiques (macromolécules organiques)
- Substances non-humiques
Constituants réactif du sol
CaCO3 ; minéraux secondaires
Complexe absorbant (complexe argilo-humique)
Interaction entre minéraux argileux, oxydes métalliques, substances humiques.
Ce sont les éléments qui favorise les éléments du sol à se fusionner entre eux grâce aux charges de surface.
Le complexe absorbant se caractérise par une grande surface spécifique et des charges électriques de surface.
Protonation/dissociation
La protonation est une réaction chimique au cours de laquelle un proton (ionH+) est ajouté à un atome, une molécule ou un ion.
Substitution isomorphique
Dans le cas des minéraux argileux, une substitution isomorphe peut concerner le remplacement d’un cation par un autre de charge différente. Cela modifie la taille et la charge électrique globale. En compensation, des cations compensateurs s’y fixent. La substituion isomorphique est indépendante du pH.
Association minéraux aux particules organiques
L’association entre les minéraux argileux et les substances humiques nécessite des cations.
L’association entre les oxydes et les substances humiques se fait directement.
Principes de la chimie des sols
On cherche à comprendre les interactions chimiques des sols surtout pour tracer les flux de polluants. Pour cela on s’intéresse aux interactions solide-liquide et on considère le complexe absorbant comme une surface toujours chargés négativement. Près de la surface on aura toujours une composition différente car la concentration en ions diminue de la surface vers la profondeur.
Adsorption d’ions à la surface et les types d’adsorption
L’adsorption dépend de la surface (complexe absorbant) mais aussi des ions car certains auront une liaison fortes et d’autres une liaison faible, cela dépend du milieu, d’où le problème de rétention des polluants dans le sol.
- Complexe de sphère interne : Cations se collent à la surface (complexe absorbant)
- Complexe de sphère externe : Liaison faible à la surface.
Solution du sol
Phase liquide constitué de polluants et de nutriments. C’est une phase importante à prendre en compte elle a un rôle majeure dans un contexte de pollution.
Cette phase est difficile a étudier mais il existe plusieurs techniques.
Techniques d’analyses de la phase du sol
- In situ : exemple : bougie poreuse qui aspire la solution.
- Centrifugation d’un échantillon de sol
- Sécher le sol et le ré-humidifié (eau distillés ou sels dillués.
…
2 types d’acidité (pH)
- pH effectif : quantité réel, mais toujours inférieur au pH potentiel.
- pH potentiel : quantité éventuelle. On recherche les ions qui vont pouvoir êtres libérés. Comment ?
On sature le complexe absorbant e cations et on utilise du KCL très concentré. Celase traduit par une libération d’H+ retenu en liaison faible. Ceux en liaisons fortes ne seront pas affectés.
Impact d’un changement de pH
- Joue sur les réactions d’adsorption et de désorption = compétition du complexe absorbant.
- Végétation évolue ou meurt et sol se dégrade
- Dissolution/précipitations des carbonates de calcium
- Modification de la composition de la solution du sol
- Nature et concentration des ions à disposition des organismes
Influence la biodisponibilité
- pH
- Réactions chimiques
- CEC
Effet du pH sur la CEC
Si le pH est acide alors CEC = -
Si le pH est basique alors CEC = +
C’est une question de quantité de protons dans le sol.
Plus un sol a une CEC élevé plus il pourra retenir des polluants car il y aura une forte capacité de rétention et un sol très réactif. Pour évaluer la CEC on met en contact de l’ammonium et un pH 7 en cmmol/kg ou meq/100g
Pollution et spéciation
Dans un contexte de pollution la biodisponibilité va dépendre de la forme chimique de l’élément. Sachant que les ETM peuvent être naturels ou anthropiques ils sont facilement prélevable selon leurs formes chimiques. Ils seront plus disponible en solution que fixé dans le sol, ce qui nous oblige de connaître leurs spéciations.
Spéciation
La spéciation regroupe la biodisponibilité (toxicité) et le transport (migration de la pollution).
La spéciation chimique d’un élément est la distinction entre les différentes formes de liaisons possibles (les espèces) de cet élément dans un environnement donné. Elle dépend du type de complexe que l’élément va former avec les ligands présents dans l’environnement et de son degré d’oxydation.
Exemple : M-oxydes ; M-minéraux argileux ; M-carbonates….
Comment connaître l’évolution de la spéciation ?
Il faut connaître les conditions du milieu, puis il faut chercher plus loin que la concentration totale :
- On étudie la biodisponibilité
- On cherche les liaisons faibles dans la solution du sol
- On procède a une extraction sélective (on doit faire le choix de l’extractant au préalable)
- On substitue un cation
- Il y a un échange entre les cations et les ETM
- On procède au dosage des ETM libérés par l’échange
Extraction des ETM par extraction au CaCl2 et spectrométrie optique d’émission couplé à un plasma induit
- On rempli l’échantillon de sel
- On dose l’extractant
- Centrifugation
- Obtention du surnageant
- On va analyser le surnageant par le spectrometre
- analyse multi élémentaire en solution
- spectrométrie d’émission
8 atomisation - plasma (ionisation)
- lumière (intensité lumineuse qu’il faut couplé à une concentration)
11 On construit la droite d’étalonnage - On regarde la gamme de valeur et on procède au regard critique des résultats par le coef de variation
Menace qui pèsent sur les sols
- érosion
- imperméabilisation
- contamination
- perte de biodiversité/Mo
- tassement
- salinisation
Pollution diffuse
Pollution sur une superficie importante
Pollution ponctuelles
Pollution sur une superficie limitée
Les types de polluants dans un sol
- ETM
- Eléments fertilisants
- Radioactivité
- Polluants émergeants
- Composés organiques xénobiotiques
…
Composés organiques xénobiotiques et POP
- HAP
- Dioxines/Furanes
- PCB (Polychlorobiphéniles)
- Phytosanitaires (herbicides/fongicides/insecticides)
- Résidus d’explosifs
POP = Polluants Organiques Persistants
- transport
- bioaccumulation
- toxicité
- persistant
Polluants émergeants
- perchlorates
- usages ménagers
- pharmaceutiques
Facteur d’enrichissement du sol en ETM
Il s’agit de la roche parentale in situ qui alimente le sol en ETM
Anomalie géochimique
Teneurs très importante en ETM inhabituel mais présent à l’état naturel dans les roches.
Le devenir des ETM dans les sols
- Fixé
- Mobilisé
- Volatilisé
D’où l’importance d’étudier la spéciation des ETM. Exemple : fe2+ insoluble et fe3+ soluble.
3 types de pores
Il y a 3 catégories de pores dans le sol : les pores structuraux (macro-pores), due à l’activité biologique, Ensuite les pores texturaux qui résulte de l’assemblage des grains du squelette avec les particules argileuses. Les pores texturaux représentent la totalité des pores du sol. Les pores résultant de l’assemblage des particules argileuses, ce sont les pores les plus fins et sont les macro-pores.
La teneur en eau du sol
Peut-être exprimé en teneur gravimétrique : rapport de masse d’eau sur masse de sol sec, noté W, représente la teneur en eau massique.
Peut-être exprimé en teneur volumique de sol sec.
Peut-être exprimé en degré de saturation, va de 0 à 1.
Sol et ressource en eau
interface entre eaux surface et souterraine, va avoir une influence sur la qualité de l’eau car peut agir en tampon : peut réguler les évènements hydrologiques extrêmes. La grande quantité de microorganisme permettra de dégrader des molécules contaminantes, donc système épurateur et filtre naturel. Est aussi essentiel pour la biosphère.
Potentiel total du sol
exprime l’énergie de l’eau dans le sol par rapport à l’eau libre. Exprime la différence d’énergie entre les eaux capillaire et les eaux de surface. Représente aussi la quantité d’énergie à rendre à l’eau pour la re rendre libre et soumise à la gravité.
Potentiel total
Ptotal = Pgravitaire + potentiel de pression ou H = z + h
H : capillarité
z = potentiel gravitaire
h = potentiel de pression
Potentiel gravitaire
Travail nécessaire pour déplacer de manière réversible une unité de quantité d’eau de l’état de référence jusqu’à l’altitude du point considéré dans le sol = déplacement dans le champ de pesanteur
C’est une hauteur par rapport à une référence (souvent la surface du sol).
Potentiel de pression
Rétention de l’eau par des particules solides. Hauteur d’eau associée à la pression de l’eau.
Dans la zone non saturée, le potentiel matriciel correspond à la pression requise pour extraire l’eau du sol. Plus le sol est sec, plus le niveau de succion est élevé, car l’eau est fortement retenue par les particules du sol.
2 types de propriétés hydrique des sols
- rétention en eau du sol
2. mouvement de l’eau dans le sol
Rétention en eau
La rétention en eau correspond au potentiel matriciel. C’est une mesure qui traduit l’énergie avec laquelle l’eau est retenue au sol. Cette énergie dépend de la teneur en eau. Il existe une relation reliant teneur en eau et potentiel matriciel.
Types de rétention
Saturé = sol saturé h = 0
Ressuyé = h = -100 cm (capacité au champs : le sol retiens les molécules d’eau)
Point de flétrissement = h = -15 000 cm eau inaccessible aux végétaux
Diamètre équivalent
Plus les molécules d’eau se retrouvent d’une particule de sol et plus elles seront mobiles. Elles vont être soumise à différentes forces (gravité) mais aussi soumise à capillarité. Plus on est éloigné la capillarité © sera plus faible que la gravité (g) et l’eau s’infiltre en profondeur. L’eau s’infiltre jusqu’au stade de ressuyage C = G eau reste au contact du sol. Lorsque l’eau est fixé au sol et peut être soumise aux forces de succion des végétaux. Lorsque l’eau est utilisable c’est la réserve utile.
Quand C > S (succion) point de flétrissement et eau inutilisable, on ne peut plus l’extraire du sol. On appelle eau liée, eau qui ne peut être extraite par les végétaux. Elle est toujours soumise à évaporation.
La rétention en eau dépend de la distance entre sol et eau, cette distance est quantifiable. Quand le sol atteint le potentiel matriciel, les pores sont entièrement remplis.
Méthode d’acquisition du potentiel matriciel en fonction de la teneur en eau
Méthode d’acquisition du potentiel matriciel en fonction de la teneur en eau : matricielle : tableau de succion, presse à membrane, solution saline et mesure gravimétrique pour la teneur en eau.
Avec la méthode gravimétrique on obtient des mesures massiques en g/g (W) mais on cherche plutôt un volume pour quantifier les flux d’eau et donc il faut une mesure volumique et transformer w en beta (g/cm3) c’est une densité apparente du sol.
Beta = W x Da
Da = Ps/Pm
Fonction de pédo-transfert
Comme les données de teneur en eau pour un potentiel matriciel sont difficile à obtenir : création de modèles pour estimer beta à différents h ces modèles sont appelés fonctions de pédotransfert (FPT).
Vu que h(beta) dépend de la texture et de la structure du sol. On utilise des paramètres caractéristiques de la texture et de la structure.
h(beta) = f(texture, structure)
Notion de réserve utile
La notion de réserve utile correspond à la gamme d’utilisation de l’eau par lap lante, c’est-à-dire de la capacité au champ jusqu’au point de flétrissement.
Capacité de stockage de l’eau par le sol : RU
RU = (betacc - beta15000) . z
ou
RU = (Wcc - W15000) . z . Da
RU et Z en mm
Conductivité hydraulique (perméabilité)
Eau du sol alimentation = ruissèlement ou infiltration qui dépende de la texture (connectivité des pores). Suivant l’état de surface, il y aura ruissèlement ou infiltration.
Ici on s’intéresse à la partir qui s’infiltre.
2 types d’infiltration : Condition de charge (lame d’eau à la surface et on regarde comment ça s’infiltre) et condition de flux (volume d’eau qui s’infiltre selon une vitesse d’infiltration).
Différents appareils : ex : infiltromètre et in filtrabilité du sol en mm/H ou m/s
Dans un milieu saturé : loi de Darcy
Q = Ksat S (H1-H2) / L
Métalloïde
Un métalloïde est un élément chimique semi-métallique, c’est-à-dire dont les propriétés
physiques et chimiques sont intermédiaires entre celles d’un métal et d’un non-métal. La
différenciation entre métalloïde et métal prend en compte plusieurs critères, mais la plupart des
métalloïdes sont des semi-conducteurs plutôt que des conducteurs. Citons à titre d’exemples les
métalloïdes suivants : l’arsenic (As), l’antimoine (Sb), le tellure (Te), le sélénium (Se) et le
polonium (Po).
ETM pouvant être complexés
Certains éléments, tels que Cr, As, Se et Hg
peuvent changer leurs degrés d’oxydation, provoquant la réduction ou
l’augmentation de leur mobilité et/ou de leur toxicité.
Temps de transfert via perméabilité
- Loi de Darcy : Q = Ksat x S x deltah / L soit Ksat = Q x L / S Deltah -> m/s
- Aire cercle : pi x r²
- Aire rectangle : L x l
- Aire carré : c x c
- Produit en croix : 1 x conductivité Ksat/ conductivité Ksat puis division par 3600 ; 86400 ; 3,154 x 10^7
