Transfert et réactivité de contaminants majeurs et traces dans les sols volcaniques et tropicaux de l'île de la Réunion

Feder Frédéric. 2016. Transfert et réactivité de contaminants majeurs et traces dans les sols volcaniques et tropicaux de l'île de la Réunion. Saint-Denis : Université de la Réunion, 216 p. Habilitation à diriger des recherches : Université de la Réunion

HDR

Prévisualisation

Version publiée - Français
Sous licence

.
HDR_FEDER.pdf
Télécharger (19MB) | Prévisualisation

Résumé : Les interactions entre la solution du sol et la phase solide sont au coeur de l'évolution des sols. Mes recherches ont consisté à étudier cette solution du sol notamment in situ au sein de sols hydromorphes dans un premier temps, puis dans les sols volcaniques et tropicaux de l'île de la Réunion. Le recyclage des produits résiduaires organiques (pro) en agriculture présente de multiples bénéfices mais peut également apporter des contaminants de diverses natures. Ceux-ci peuvent se dégrader intégralement, s'accumuler dans les sols, être prélevés par les cultures ou être lixiviés vers le sous-sol. Mes travaux ont essentiellement porté sur les nitrates et les éléments traces métalliques (ETM). Afin de quantifier les transferts de ces polluants dans les sols et d'en comprendre les déterminants, ma démarche a été de mettre en place des expérimentations à plusieurs échelles spatiales (au laboratoire en colonnes de sol et en plein champ), puis à utiliser ces résultats dans des modèles de simulation afin de mettre en évidence les processus géo chimiques en jeu et de simuler des impacts à long terme pour les ETM ou à l'échelle régionale pour les nitrates. Lors de l'épandage d'un lisier de porc riche en azote sous forme organique et ammoniacal, les nitrates sont essentiellement produits par nitrification avant d'être lixiviés, mais plus tardivement que les autres anions, notamment les chlorures initialement présents dans le lisier. Ainsi, pour deux grands types de sols de la Réunion (un cambisol andique et un nitisol), les transferts de nitrates sont ralentis du fait d'une capacité d'échange anionique, mais ils entrent en compétition avec les chlorures pour l'adsorption sur les charges, variables avec le pH, de ces sols. Néanmoins, ils demeurent disponibles pour les cultures plus longtemps, permettant une gestion agronomique des apports de pro et réduisant les risques de transferts vers le sous-sol. À l'échelle du territoire de l'ouest de la Réunion, les zones les plus vulnérables aux transferts de nitrates ont été identifié grâce aux caractéristiques des sols et à l'élaboration d'un indice de vulnérabilité. La mobilité des ETM a été mesurée en colonne de sol ainsi qu'en conditions réelles sur le terrain. Les ETM présentent un comportement très différent des nitrates puisqu'ils n'ont jamais montré de transfert au-delà des vingt premiers centimètres de sols. La problématique de contamination des nappes phréatiques ne se p ose donc pas pour ces éléments. En revanche, nous avons utilisé un modèle empirique réalisant des bilans "entrée / sortie" pour quantifier l'accumulation à long terme des ETM dans les couches superficielles. Ce modèle a été validé pour un sol sur lequel quatorze cycles de cultures maraîchères ont été menés. Un rapide dépassement des seuils réglementaires pour le zinc a été mis en évidence. Mon projet de recherche s'articule autour de l'utilisation de deux sites expérimentaux, lourdement instrumentés, pour comprendre la dynamique des grands cycles biogéo-chimiques après apports de pro, mais également pour quantifier les eaux de deux types de contaminants, les ETM et les composés traces organiques, dans les différents compartiments de l'agro-écosystème et ce, sur le long terme. Le premier site est celui du SOERE PRO de la Réunion. Il a été mis en place en 2013 sur la station du Cirad à La Mare. Des boues de STEP, des lisiers de porc et des litières de volailles sont apportés sur une culture de canne à sucre. Le second site est celui de la station de l'ISRA (institut sénégalais de recherche agricole) à Sangalkam où des boues de STEP, des litières de volaille et des digestats de méthanisation sont apportés sur des cultures maraîchères. Dans ces deux situations, les flux d'eau et de solutés sont mesurés continuellement, les lixiviats, le sol et les cultures sont régulièrement échantillonnés. L'objectif est d'identifier les déterminants de la mobilité des contaminants entre les compartiments et de quanti er ces transferts. Par ailleurs, sur le site de la Réunion, les flux de CO2 et de N2O sont également mesurés plusieurs fois par jour afin d'améliorer le bouclage des cycles des éléments majeurs. Sur le site de Sangalkam, l'influence des PRO sur la qualité nutritionnelle des cultures maraîchères et sur la résistance aux bio-agresseurs et aux ravageurs sera évaluée. Par ailleurs, nous déterminerons un niveau d'intensification durable optimal préservant la qualité des sols et n'impactant pas négativement les autres compartiments de l'écosystème, dont les cultures. L'acquisition de données de référence et le suivi sur le long terme des contaminants sont des étapes indispensables pour renseigner et utiliser des modèles permettant d'évaluer leur devenir et de prédire les éventuels risques associés.

Mots-clés Agrovoc : pollution par l'agriculture, polluant, sol volcanique, nitrate, épandage des eaux usées, lisier, absorption

Mots-clés géographiques Agrovoc : La Réunion, France

Mots-clés libres : Sol, Sols volcaniques, Sols tropicaux, Andosol, Nitisol, Contaminant, Pollution, Polluant, Métaux, ETM, Nitrate, Transfert, Flux, Eau, Soluté, Produits résiduaires organiques, Pro, Boue, Boues step, Lisier, Épandage, Vulnérabilité, La Réunion, La Mare, Colimaçons