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TALBI Mohamed
Année universitaire 2008-2009
Détermination de la variabilité des teneurs et stocks
de chlore organique et inorganique
dans les sols forestiers
• Projet de « stockage HAVL » = ANDRA ( Agence National pour la gestion
des Déchets Radioactifs)
• Révélation de la contribution non négligeable des radio-nucléides comme 36
Cl
à l’exposition à long terme du public, en terme de dose à l’homme
• Incertitudes et causes de variabilité dans les calculs de dose 36
Cl => la teneur
en chlore stable
• Manque de connaissance sur le transfert du chlore à travers les différents
compartiments de l’environnement
• l’intérêt de la quantification des teneurs en chlore stable => paramétrisation
d’un modèle 36
Cl
• Buts de l’étude: - Comprendre le cycle biogéochimique du chlore
- Consolidation des bases de données Andra pour le Cl stable
Introduction
• Détermination des concentrations suivantes: Clorga, Clinorgaet Cltotal
dans les échantillons de sols collectés et envoyés par
RENECOFOR (Réseau National de suivi à long terme des
Écosystèmes Forestiers)
• Divers techniques utilisés: Activation neutronique et
chromatographie ionique
But du stage
A) Ubiquité du chlore dans l’environnement terrestre
• 35
Cl => famille des halogènes et ses isotopes: 35
Cl (75,78%) stable, 36
Cl radioactif et
37
Cl (24,22%).
• Omniprésence du chlore dans la nature: ~1,9% eau de mer, 0,3% végétation
terrestre, 2x10-3
% les eaux des rivières, et 9x10-3
% précipitations atmosphériques
(kashparov et al., 2005).
• NaCl très répandu sur terre => mines de sels
• Chlore 11ième
place parmi les 16 éléments chimiques différents constituant 99,5%
de la croûte terrestre
• Les composés chlorés organiques dans la nature  majeure partie du chlore
organique est non anthropique
Cycles atmosphérique du chlore
Biogéochimie du chlore stable dans les écosystèmes
forestiers
Cycle atmosphérique du chlore
Les nombres sont donnés en million de tonne de chlore par an
• Également les formes organique et inorganique du chlore stable sont
omniprésentes dans les compartiments de l’environnement suivant:
 Les sols
 L’eau
 L’air
 L’eau souterraine
 Les précipitations
 Les aérosols et donc l’atmosphère
Importance du rôle des pools organiques dans le
cycle du chlore dans les écosystèmes forestiers
Ubiquité du chlore dans l’environnement terrestre
• La littérature révèle une grande variabilité des teneurs en chlore stable en
fonction du milieu considéré (Öberg et al., 2001)
Chlorination de la matière et minéralisation
• Persistance et accumulation du chlore organique dans le système plante-sol
rôle du sol => Source et puit de chlore
• Les pools organique et inorganique du chlore ne peuvent plus être ignorés dans
le cycle total du chlore
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Relation entre variabilité des teneurs des formes organique et
inorganique du chlore et cycle du chlore stable
Relation entre variabilité des teneurs des formes organique et
inorganique du chlore et cycle du chlore stable
a) Dépôt de chlore via les dépôts atmosphériques
originaires en grande partie des océans
b) Dépôt de chlore organique provenant des
sources non pollué: végétation, dépôt
atmosphérique, très petite contribution
anthropique
c) Formation du Clorga ,après l’incorporation du
Clinorga dans le sol, par métabolisation par des
espèces vivantes ( champignons, lignines,
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d) Minéralisation du chlore organique lié à la matière organique du sol
e) Volatilisation via la fragmentation des substances chlorés après leur dépôt à la surface
f) Volatilisation aussi des composés organo-chlorés dans le sol
g) Lessivage du chlore dans les horizons plus profond du sol
h) Pénétration du chlore lié à la matière organique
c
d
Clorga Cl-
Sol
e abf
gh
Détermination des teneurs en chlore stable des échantillons provenant des
sites (ou placette) différents, en France
31 sites étudiés sur le territoire national =>
représentativité de l’étude
Pour chaque site étudié on considère 3 matrices :
litière, humus, sol minéral
Mélange de sous-échantillon => minimisation des
quantités et coût des analyses.
Calculs de pourcentage
Échantillon de litière et ses sous-échantillons:
Feuille
s
(kg/ha
)
Branch
es
(kg/ha)
Fructificatio
ns (kg/ha)
Reste
(kg/ha)
tot
al
CHP 40 2843 954 56 131 3984
Pourcentage
en %
71.3 23.9 1.40 3.28 100
Contribution
en g
3.565 1.195 0.07 0.16 5
• Détermination du chlore total par la méthode d’analyse par activation
neutronique au SCK-CEN (Centre d’étude de l’Énergie Nucléaire), en Belgique.
Détermination des teneurs en chlore stable des échantillons provenant des
sites (ou placette) différents, en France
• [Cltotal] élevée pour l’humus et pour la litière et faible pour sol minéral sauf
échantillon n°11 (DOU 65) ?!
placette L en ppm incertitudes H en ppm incertitudes SM en ppm incertitudes
CHP 40 échantillon n°1 231 16 193 14 40 5
CHP 49 échantillon n°2 510 40 178 18 28 6
CHS 03 échantillon n°3 107 19 80 13 51 6
CHS 18 échantillon n°4 288 32 212 19 33 11
CHS 35 échantillon n°5 528 40 403 30 91 12
CHS 72 échantillon n°6 380 90 280 50 60 5
CHS 81 échantillon n°7 192 14 162 18 55 15
CHS 88 échantillon n°8 89 10 92 11 47 8
DOU 23 échantillon n°9 110 32 194 23 61 23
DOU 61 échantillon n°10 172 22 234 24 86 7
DOU 65 échantillon n°11 75 7 200 50 137 14
EPC 39b échantillon n°12 120 7 521 27
EPC 71 échantillon n°13 81 7 212 12 60 9
EPC 87 échantillon n°14 107 6 318 23 40 18
HET 03 échantillon n°15 108 24 100 40 80 50
HET 25 échantillon n°16 412 21 92 7 50 11
HET 29 échantillon n°17 445 27 440 25 123 27
HET 55 échantillon n°18 154 23 183 23 29 6
HET 88 échantillon n°19 144 21 79 19 48 8
PL 20 échantillon n°20 308 17 140 22 61 6
PM 20 échantillon n°21 256 14 297 24 125 29
PM 40b échantillon n°22 45,7 3,1 184 10 36,2 2,4
PS 15 échantillon n°23 238 15 177 20 < 40 4
PS 41 échantillon n°24 100 9 277 16 25 4
PS 45 échantillon n°25 85 5 261 22 35 6
PS 63 échantillon n°26 158 15 102 10 31 17
PS 76 échantillon n°27 107 7 360 29 82 7
PS 88 échantillon n°28 63 5 201 14 38,4 3,7
SP 11 échantillon n°29 122 7 45 5 38 7
SP 38 échantillon n°30 94 12 130 23 40 9
SP 63 échantillon n°31 197 30 263 30 97 24
concentration en chlore total
Résultats d’analyse du chlore total par activation
neutronique
Concentration du chlore total dans la litière en
fonction de celle de l'humus pour chaque placette
0
100
200
300
400
500
600
0 100 200 300 400 500 600
Conentration en chlore total dans la litière en ppm
concentrationen
chloretotalde
l'humusenppm
Concentration en chlore total dans l'humus en
fonction de celle dans le sol minéral pour chaque site
0
100
200
300
400
500
600
0 5 10 15 20 25 30 35
teneur en chlore total dansle sol minéral
teneurenchloretotal
dansl'humus
• Pas de corrélation
• Conclusion difficile sur le transfert du chlore d’un compartiment à un autre
Variabilité lié aux conditions géochimiques différant d’un site à
l’autre
Résultats
concentration en chlore total
placette L en ppm H en ppm SM en ppm pluviosité en mm acidité en g/ha dépôt Cl en kg/ha SCP
CHP 40 231 193 40 784 22,2 55,032
CHS 35 528 403 91 546 13,1 33,743
EPC 87 107 318 40 748 44,5 26,893
PL 20 308 140 1001 93 106,254
PS 76 107 360 82 539 685 74,294
SP 11 122 45 38 780 55,1 23,282
SP 38 94 130 40 970 71,3 5,877
Suivi de quelques échantillons du tableau précédent du point de vue dépôt
atmosphérique (en kg ou g / ha). Les résultats sont présentés dans le tableau suivant:
dépôt de chlore sous couvert pluviolessivat
en fonction de la teneur en chlore total pour
différents types d'échantillon
0
50
100
150
0 200 400 600
teneur en chlore total en ppm
dépôtdechlore
SCPenkg/ha
Litière
Humus
Sol minéral
Aucune relation à en tirer d’après les graphiques => Complexité du transfert et du rejet
du chlore dans la nature
Effets des dépôts atmosphériques sur les teneurs en chlore
 Deux mécanismes pouvant expliquer ces effets :
 Lessivage du chlore inorganique dans les sols
 Volatilisation du chlore organique hors des sols vers l’atmosphère
 Existence d’un mécanisme d’incorporation et de rejet du chlore lié aux
conditions climatiques
 Effets des dépôts atmosphériques => pas la seule explication
 D’autres facteurs entrant dans le cycle total du chlore stable
Effets des dépôts atmosphériques sur les teneurs en chlore
 Résultats des concentrations en chlore => partiels
 Analyse des teneurs en chlore organique après l’analyse
des échantillons lessivés par l’activation neuronique =>
SCK-CEN
 Besoin d’un nombre élevé d’échantillon => pour une
meilleur compréhension des systèmes naturels
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variability determination levels and pools organic and inorganic chlorine in forest soils in France

  • 1. TALBI Mohamed Année universitaire 2008-2009 Détermination de la variabilité des teneurs et stocks de chlore organique et inorganique dans les sols forestiers
  • 2. • Projet de « stockage HAVL » = ANDRA ( Agence National pour la gestion des Déchets Radioactifs) • Révélation de la contribution non négligeable des radio-nucléides comme 36 Cl à l’exposition à long terme du public, en terme de dose à l’homme • Incertitudes et causes de variabilité dans les calculs de dose 36 Cl => la teneur en chlore stable • Manque de connaissance sur le transfert du chlore à travers les différents compartiments de l’environnement • l’intérêt de la quantification des teneurs en chlore stable => paramétrisation d’un modèle 36 Cl • Buts de l’étude: - Comprendre le cycle biogéochimique du chlore - Consolidation des bases de données Andra pour le Cl stable Introduction
  • 3. • Détermination des concentrations suivantes: Clorga, Clinorgaet Cltotal dans les échantillons de sols collectés et envoyés par RENECOFOR (Réseau National de suivi à long terme des Écosystèmes Forestiers) • Divers techniques utilisés: Activation neutronique et chromatographie ionique But du stage
  • 4. A) Ubiquité du chlore dans l’environnement terrestre • 35 Cl => famille des halogènes et ses isotopes: 35 Cl (75,78%) stable, 36 Cl radioactif et 37 Cl (24,22%). • Omniprésence du chlore dans la nature: ~1,9% eau de mer, 0,3% végétation terrestre, 2x10-3 % les eaux des rivières, et 9x10-3 % précipitations atmosphériques (kashparov et al., 2005). • NaCl très répandu sur terre => mines de sels • Chlore 11ième place parmi les 16 éléments chimiques différents constituant 99,5% de la croûte terrestre • Les composés chlorés organiques dans la nature  majeure partie du chlore organique est non anthropique Cycles atmosphérique du chlore Biogéochimie du chlore stable dans les écosystèmes forestiers
  • 5. Cycle atmosphérique du chlore Les nombres sont donnés en million de tonne de chlore par an
  • 6. • Également les formes organique et inorganique du chlore stable sont omniprésentes dans les compartiments de l’environnement suivant:  Les sols  L’eau  L’air  L’eau souterraine  Les précipitations  Les aérosols et donc l’atmosphère Importance du rôle des pools organiques dans le cycle du chlore dans les écosystèmes forestiers Ubiquité du chlore dans l’environnement terrestre
  • 7. • La littérature révèle une grande variabilité des teneurs en chlore stable en fonction du milieu considéré (Öberg et al., 2001) Chlorination de la matière et minéralisation • Persistance et accumulation du chlore organique dans le système plante-sol rôle du sol => Source et puit de chlore • Les pools organique et inorganique du chlore ne peuvent plus être ignorés dans le cycle total du chlore Cycle biogéochimique du chlore Relation entre variabilité des teneurs des formes organique et inorganique du chlore et cycle du chlore stable
  • 8. Relation entre variabilité des teneurs des formes organique et inorganique du chlore et cycle du chlore stable a) Dépôt de chlore via les dépôts atmosphériques originaires en grande partie des océans b) Dépôt de chlore organique provenant des sources non pollué: végétation, dépôt atmosphérique, très petite contribution anthropique c) Formation du Clorga ,après l’incorporation du Clinorga dans le sol, par métabolisation par des espèces vivantes ( champignons, lignines, bactéries…etc) d) Minéralisation du chlore organique lié à la matière organique du sol e) Volatilisation via la fragmentation des substances chlorés après leur dépôt à la surface f) Volatilisation aussi des composés organo-chlorés dans le sol g) Lessivage du chlore dans les horizons plus profond du sol h) Pénétration du chlore lié à la matière organique c d Clorga Cl- Sol e abf gh
  • 9. Détermination des teneurs en chlore stable des échantillons provenant des sites (ou placette) différents, en France 31 sites étudiés sur le territoire national => représentativité de l’étude Pour chaque site étudié on considère 3 matrices : litière, humus, sol minéral Mélange de sous-échantillon => minimisation des quantités et coût des analyses. Calculs de pourcentage
  • 10. Échantillon de litière et ses sous-échantillons: Feuille s (kg/ha ) Branch es (kg/ha) Fructificatio ns (kg/ha) Reste (kg/ha) tot al CHP 40 2843 954 56 131 3984 Pourcentage en % 71.3 23.9 1.40 3.28 100 Contribution en g 3.565 1.195 0.07 0.16 5 • Détermination du chlore total par la méthode d’analyse par activation neutronique au SCK-CEN (Centre d’étude de l’Énergie Nucléaire), en Belgique. Détermination des teneurs en chlore stable des échantillons provenant des sites (ou placette) différents, en France
  • 11. • [Cltotal] élevée pour l’humus et pour la litière et faible pour sol minéral sauf échantillon n°11 (DOU 65) ?! placette L en ppm incertitudes H en ppm incertitudes SM en ppm incertitudes CHP 40 échantillon n°1 231 16 193 14 40 5 CHP 49 échantillon n°2 510 40 178 18 28 6 CHS 03 échantillon n°3 107 19 80 13 51 6 CHS 18 échantillon n°4 288 32 212 19 33 11 CHS 35 échantillon n°5 528 40 403 30 91 12 CHS 72 échantillon n°6 380 90 280 50 60 5 CHS 81 échantillon n°7 192 14 162 18 55 15 CHS 88 échantillon n°8 89 10 92 11 47 8 DOU 23 échantillon n°9 110 32 194 23 61 23 DOU 61 échantillon n°10 172 22 234 24 86 7 DOU 65 échantillon n°11 75 7 200 50 137 14 EPC 39b échantillon n°12 120 7 521 27 EPC 71 échantillon n°13 81 7 212 12 60 9 EPC 87 échantillon n°14 107 6 318 23 40 18 HET 03 échantillon n°15 108 24 100 40 80 50 HET 25 échantillon n°16 412 21 92 7 50 11 HET 29 échantillon n°17 445 27 440 25 123 27 HET 55 échantillon n°18 154 23 183 23 29 6 HET 88 échantillon n°19 144 21 79 19 48 8 PL 20 échantillon n°20 308 17 140 22 61 6 PM 20 échantillon n°21 256 14 297 24 125 29 PM 40b échantillon n°22 45,7 3,1 184 10 36,2 2,4 PS 15 échantillon n°23 238 15 177 20 < 40 4 PS 41 échantillon n°24 100 9 277 16 25 4 PS 45 échantillon n°25 85 5 261 22 35 6 PS 63 échantillon n°26 158 15 102 10 31 17 PS 76 échantillon n°27 107 7 360 29 82 7 PS 88 échantillon n°28 63 5 201 14 38,4 3,7 SP 11 échantillon n°29 122 7 45 5 38 7 SP 38 échantillon n°30 94 12 130 23 40 9 SP 63 échantillon n°31 197 30 263 30 97 24 concentration en chlore total Résultats d’analyse du chlore total par activation neutronique
  • 12. Concentration du chlore total dans la litière en fonction de celle de l'humus pour chaque placette 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 Conentration en chlore total dans la litière en ppm concentrationen chloretotalde l'humusenppm Concentration en chlore total dans l'humus en fonction de celle dans le sol minéral pour chaque site 0 100 200 300 400 500 600 0 5 10 15 20 25 30 35 teneur en chlore total dansle sol minéral teneurenchloretotal dansl'humus • Pas de corrélation • Conclusion difficile sur le transfert du chlore d’un compartiment à un autre Variabilité lié aux conditions géochimiques différant d’un site à l’autre Résultats
  • 13. concentration en chlore total placette L en ppm H en ppm SM en ppm pluviosité en mm acidité en g/ha dépôt Cl en kg/ha SCP CHP 40 231 193 40 784 22,2 55,032 CHS 35 528 403 91 546 13,1 33,743 EPC 87 107 318 40 748 44,5 26,893 PL 20 308 140 1001 93 106,254 PS 76 107 360 82 539 685 74,294 SP 11 122 45 38 780 55,1 23,282 SP 38 94 130 40 970 71,3 5,877 Suivi de quelques échantillons du tableau précédent du point de vue dépôt atmosphérique (en kg ou g / ha). Les résultats sont présentés dans le tableau suivant: dépôt de chlore sous couvert pluviolessivat en fonction de la teneur en chlore total pour différents types d'échantillon 0 50 100 150 0 200 400 600 teneur en chlore total en ppm dépôtdechlore SCPenkg/ha Litière Humus Sol minéral Aucune relation à en tirer d’après les graphiques => Complexité du transfert et du rejet du chlore dans la nature Effets des dépôts atmosphériques sur les teneurs en chlore
  • 14.  Deux mécanismes pouvant expliquer ces effets :  Lessivage du chlore inorganique dans les sols  Volatilisation du chlore organique hors des sols vers l’atmosphère  Existence d’un mécanisme d’incorporation et de rejet du chlore lié aux conditions climatiques  Effets des dépôts atmosphériques => pas la seule explication  D’autres facteurs entrant dans le cycle total du chlore stable Effets des dépôts atmosphériques sur les teneurs en chlore
  • 15.  Résultats des concentrations en chlore => partiels  Analyse des teneurs en chlore organique après l’analyse des échantillons lessivés par l’activation neuronique => SCK-CEN  Besoin d’un nombre élevé d’échantillon => pour une meilleur compréhension des systèmes naturels  Sujet non traité en France  Informations déficientes sur ce sujet => pas assez recul  Poursuite des travaux => Thèse Conclusion
  • 16. Merci de votre attention