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DETERMINATION DE LA VARIABILITE DES
TENEURS ET STOCKS DE CHLORE
ORGANIQUE ET INORGANIQUE DANS LES
SOLS FORESTIERS
Réalisé par Mohamed TALBI
Master 1 mention :CHIMIE
Spécialité :Analyses et contrôle des bio-molécules aux produits
industriels
Université de Nantes
Encadrant : Abdesselam ABDELOUAS
Année universitaire 2008-2009
Introduction
L’un des problèmes majeurs auxquels est exposée l’industrie nucléaire est la gestion des
déchets nucléaires qui sont produits après la combustion au sein du réacteur, pendant quelques
années, d’un combustible fissile comme l’uranium 235.
Tout le problème des déchets nucléaires, selon l’opinion, réside dans l’inquiétude d’effets
néfastes et irréversibles sur la santé de l’homme et sur son environnement.
Ces déchets sont classés en différentes catégories, suivant leur niveau de radioactivité, nombre de
noyaux d’atomes qui se désintègrent spontanément par unité de temps et la période radioactive,
temps nécessaire pour que l’activité d’un radionucléide donné soit diminué de moitié. On
distingue des déchets de faible, moyenne ou haute activité. Ils sont dit à vie longue lorsque leur
période dépasse trente ans, à vie courte dans le cas contraire. Les déchets radioactifs qui sont les
plus intéressant selon des organismes de conditionnement et de gestion des déchets nucléaire,
comme l’ANDRA, sont ceux dont leur activité est haute et leur vie est longue, on les appelle
déchets HAVL (haute activité et à vie longue). La solution permettant de les isoler de la
biosphère, bien entendu du public, et qui fait l’unanimité de la plupart des pays, est
l’enfouissement souterrain dans un site de stockage géologiquement stable en profondeur.
Cependant cette idée pose problème à long terme puisque les déchets de haute activité renferment
un grand nombre de radionucléides ayant des demi-vies longues allant de plusieurs milliers à
plusieurs millions d’années comme le chlore 36 radioactif. C’est l’élément qui nous intéresse
pour notre étude. Bien que, le stockage en profondeur est conçu pour limiter la diffusion et la
percolation des radioéléments à travers les roches sur une échelle de temps acceptable en fonction
de leur période de demi-vie, rien ne nous assure que, sur de telles durées, il n’y ait pas de fuites
de certains radionucléides. La présence d’eau dans la formation géologique pourrait, au bout de
quelques siècles, atteindre et corroder les colis de déchets qui, par voie de conséquence,
largueraient les radionucléides comme par exemple le 129
I, 36
Cl et 79
Se.
2
Dans le cadre du projet de stockage HAVL géré par l’ANDRA, des résultats des évaluations de
sûreté ont révélé la contribution non négligeable de ces radionucléides à l’exposition potentielle à
long terme du public, notamment en termes de dose à l’homme. Le manque de précision et
d’explication sur la variabilité de la teneur en Cl stable de l’exutoire et de sa redistribution entre
les différents compartiments de l’environnement, la végétation et les sols en particulier, nous
amène à mettre en œuvre des études sur ce phénomène. C’est pourquoi, il est essentiel de
quantifier les teneurs et bilan en Cl stable en vue de réaliser une paramétrisation d’un modèle Cl-
36 qui reflèterait la réalité d’activité spécifique basé sur la dilution isotopique. De plus, l’étude de
la connaissance du cycle biogéochimique du Cl dans l’écosystème forestier et agricole permettra
de renforcer les bases de données Andra pour le Cl stable dans différentes conditions de milieu
spécifiques, représentatives des différents scénarii « climatiques » sur le plan nationale.
Le laboratoire SUBATECH, plus précisément le groupe de Radiochimie de SUBATECH
s’intéresse à l’étude de la caractérisation de la variabilité des teneurs en Cl organique et
inorganique dans différents compartiments clés (sols et végétation) des environnements agricole
et forestier de façon à compléter les bases de données spécifiques Andra nécessaires aux
différentes applications du modèle de transfert Cl-36. C’est une première en France car aucune
étude de ce genre n’a été réalisée jusqu’à présent.
Le but de ce stage est donc de déterminer les concentrations des formes organiques et
inorganiques du chlore stable et bien évidemment le chlore total pour chaque échantillon collecté
dans les groupes fonctionnels de l’environnement à savoir le sol minéral, la litière et l’humus.
D’autres éléments seront quantifiés comme l’azote et le carbone organique si nous avions le
temps. Dans cette optique, plusieurs techniques d’analyses seront employées afin d’apprécier la
variabilité des teneurs en chlore organique et inorganique : la chromatographie ionique,
l’activation neutronique..
L’analyse par activation neutronique nécessaire à la réalisation de mon stage a été réalisée au
SCK-CEN en Belgique qui travaille en collaboration avec SUBATECH possède ce dispositif et
nous a permis d’analysé nos échantillons moyennant argent.
3
Dans ce rapport je vais d’abord vous expliquer le cycle général biogéochimique du chlore stable
ainsi que la nomenclature en pédologie des écosystèmes forestiers afin de comprendre par la suite
les termes utilisés en pédologie pour définir les éléments qui composent les différents
compartiments « sol-végétal ».
Ensuite, je parlerai sur les différents matériels et les méthodes utilisées pour réaliser la spéciation
du chlore.
Enfin, je discuterai sur les résultats d’analyse de spéciation obtenus sur mes échantillons pour
donner une conclusion sur mes travaux.
4
Généralités
I.1 La biogéochimie du chlore stable dans les écosystèmes forestiers
I.1.1 Ubiquité du chlore dans l’environnement terrestre
Le chlore est un élément de la famille des halogènes au même titre que F, Br, I et At, de symbole
35
Cl et de numéro atomique 17. Ils sont caractérisés par des énergies de liaison faibles et une
électronégativité élevée, avec le fluor qui a l’électronégativité la plus élevée de tous les éléments
du tableau périodique. Le chlore possède aussi des isotopes présents dans l’environnement
terrestre : 35
Cl (75,78%) stable, 37
Cl (24,22%) stable et 36
Cl radioactif.
Selon les physiologistes des plantes, les ions chlorure (Cl-
) sont indispensables dans les réactions
photosynthétiques qui produisent de l’oxygène ainsi qu’à la croissance des plantes. Du fait de sa
mobilité, l’ion chlorure maintient une certaine neutralité des charges à travers les membranes et il
est l’un des principaux solutés osmotiquement actifs dans la vacuole (Stryer, L, Biochemistery,
1988 ).
Le chlore stable et ses dérivés sont présents à peu près partout dans la nature, majoritairement
sous forme de sels. Environ 1,9% dans l’eau de mer, 0,3% dans la végétation terrestre, 2×10-3
%
dans les eaux des rivières, et 9×10-5
% dans les précipitations atmosphériques (V. Kashparov and
al, 2005).
L’élément le plus répandu sur terre est le chlorure de sodium ou sel de table ordinaire. On le
rencontre dans les mines de sel, vastes dépôts correspondants aux lits asséchés des mers
préhistoriques.
16 éléments chimiques différents constituent environ 99,5% de la croûte terrestre s. A la 11ème
place se trouve le chlore. Seuls 15 éléments composent 99,5% du corps humain. Ici, c’est au
10ème rang que l’on retrouve le chlore.
Les composés organiques chlorés sont généralement considérés aussi bien par le public que les
scientifiques comme des polluants indésirables d’origine anthropique. De plus, depuis longtemps,
nous croyons que le chlore ne participait pas dans les processus biologiques et qu’il était présent
dans l’environnement terrestre seulement sous forme d’ions chlorure (Öberg, 2002). Pourtant, ces
dernières décennies de recherches ont révélé en plus du chlore inorganique, considéré comme
inerte et très labile dans le sol et utilisé comme traceur pour des études hydrologiques, que le
chlore organique est belle et bien stocké naturellement, sans apport humain, dans le sol ( Asplund
et Grimvall, 1991 ; Asplund, 1995).
Chaque année d’énormes quantités de composés halogénés sont relâchées et retournées dans la
nature par des mécanismes assez complexes dont nous savions que peu de choses malgré les
recherches en cours. Chaque année, la mer produit des millions de tonnes de chlorures de
méthyle, de bromures de méthyles et d’iodures de méthyles. D’autres composés voient aussi le
5
jour comme le tétrachlorure de carbone et le chloroforme. Il existe aussi des sources naturelles de
dérivés halogénés telles que les éruptions volcaniques qui produisent annuellement des millions
de tonnes d’acide chlorhydrique.
Des millions de tonnes de chlore sont également produits par les embruns, les incendies de forêt
et l’érosion géologique etc.
Les formes organique et inorganique du chlore stable sont omniprésentes également dans les sols,
l’eau et les compartiments de l’air tels que la surface de l’eau, l’eau souterraine, les
précipitations, les aérosols et l’atmosphère etc. C’est pourquoi on ne peut plus négliger le rôle
des pools organiques dans le cycle du chlore dans les écosystèmes forestiers.
I.1.2 Les origines de la variabilité des teneurs des formes organique et inorganique du
chlore dans les sols
Des études ont mis en évidence une grande variabilité des teneurs en Cl stable en fonction du
milieu considéré due à la chlorination de la matière organique et sa dynamique de minéralisation.
La persistance et l’accumulation du chlore organique dans le système plante-sol nous conduit à
considérer que le sol se comporte comme un puit et/ou une source de chlore organique. Cela
implique que la contribution du chlore organique par rapport au chlore inorganique dans certains
écosystèmes ne peut plus être ignorée et aussi le rôle de ce pool dans le cycle total du chlore. Le
ratio entre le Clorg/Clinorg dans les sols et la végétation reste encore à préciser.
Cette variabilité peut s’expliquer par le fait qu’il existe bien un cycle de formation (incorporation
du chlore dans la matière organique) et de minéralisation (rejet de chlorure) du chlore organique
qui a lieu dans le sol.
Les dépôts de chlore atmosphérique, dont une grande partie provient de la mer, dépendent, de
façon générale, de la distance à la mer et de la quantité de précipitation (Oberg, 1998).
Le fait aussi que la matière organique du sol contient des dérivés chlorés très volatils, contribue à
cette variabilité, en plus de sa minéralisation. On retrouve, également, cette fluctuation dans le
cas des chlorures où les quantités de Cl-
varient largement selon les sites considérés. Et ceci est
dû aux phénomènes de précipitation et d’évapotranspiration.
Il existe des espèces (les champignons, lignines, micro-organismes…) qui sont capables de
métaboliser les chlorures pour former des dérivés halogénés hautement volatils ou bien les
dégrader. De plus, les activités régnant dans le sol comme la fragmentation du sol minéral et la
dégradation de la matière organique par les agents de drainage comme les verres de terre, les
taupes favorisent la volatilisation des composés organochlorés. C’est pourquoi le sol joue le rôle
d’une source de chlore stable.
Finalement, le phénomène de lixiviation des substances dans le sol via la percolation des eaux de
pluie dans celui-ci conduit au transport des chlorures vers les couches profondes du profil. D’où
le sol est également considéré comme un puit de chlore.
Finalement, à la lumière de ce que nous venons de dire, on pourrait concevoir le cycle
biogéochimique du chlore comme suit :
6
Figure 1. Schéma d’un model conceptuel du cycle du chlore dans les écosystèmes forestiers
a) Dépôt atmosphérique de chlorure ( source majeur de chlorure originaire des océans)
b) Dépôt de chlore organique provenant des sources non pollué comme dépôt
atmosphérique, la végétation, et formation interne dans le sol et une petite contribution
anthropique.
c) Formation du chlore organique via l’incorporation des chlorures dans le sol
d) Minéralisation du chlore organique via départ du chlore qui se fait dans le sol
e) Volatilisation des composés organiques chlorés après leur dépôt suite à la diminution de
leur poids moléculaire
f) Volatilisation via la fragmentation des substances chlorées dans le sol après u leur
formation
g) Lixiviation des formes organique et inorganique du chlore dans le sol ( puit de chlore
organique et inorganique)
h) Enfouissement des substances chlorées piégées dans la matière organique du sol après sa
dégradation (transformation en roche minéral).
I.2 Notion de pédologie et descriptions des sols dans l’écosystème forestier
Il est préférable dans ce rapport de connaître quelques termes et définitions pédologiques
associés au compartiment de l’environnement « sols-végétaux » pour comprendre les mots
utilisés plus loin dans le rapport.
I.2.1 Pédologie : définition
La pédologie est la partie de la Science du Sol qui se préoccupe de l’étude de l’origine, des
constituants, des propriétés et la classification des sols. Ces derniers, sont la formation naturelle
de surface, à propriétés essentiellement dynamiques, souvent différenciés en couches distinctes, à
constituants minéraux et/ou organiques généralement meubles, résultant de la transformation
d’une roche-mère sous l’influence de divers facteurs physiques, chimiques, physico-chimiques et
7
biologiques et différents de cette roche mère par certains caractères morphologiques, physiques,
chimiques et biologique.
I.2.2 Sols et leurs propriétés
Le sol est composant de l’écosystème, ensemble d’êtres vivant en interrelation avec les facteurs
du milieu, essentiellement le climat local et le sol. Il constitue à lui seul une source d’éléments
nutritifs et un support des végétaux.
Les sols se forment, de façon schématique, grâce à trois phénomènes qui se chevauchent, plus ou
moins dans le temps :
- l’Altération, correspondant à la décomposition de roche-mère ;
- l’Humification, introduction de matières organiques (humus) ;
- La Différenciation, migrations et accumulations de certains éléments.
La transformation de la roche mère enrichie par des apports organiques donne aux couches
superficielles du sol une texture meuble sur laquelle les végétaux se différencient de plus en plus
et se développent. Ces derniers ramènent au sol une quantité, plus ou moins importante, de
résidus, dont la décomposition conduit à la formation d’humus. Certains éléments de l’humus, en
association avec les mouvements d’eau au sein du sol, peuvent provoquer des déplacements de
substances, amenant l’apparition de couches superposées, plus ou moins distinctes. On appelle
ses couches Horizons, dont l’ensemble constitue le Profil.
I.2.3 Matières organiques formant l’Humus
Elles correspondent essentiellement aux substances végétales retombant sur le sol à partir des
plantes et, accessoirement, d’excréments et de cadavres d’animaux. Au fil du temps, ces
retombées se décomposent plus ou moins facilement pour donner naissance à l’humus, et dont sa
formation dépend de la quantité de matière retournée au sol et des facteurs qui agissent sur
l’humification : le climat, l’aération, la richesse chimique du sol. La transformation des matières
organiques se fait via des agents d’humification parmi eux on retrouve, les microbes comme les
bactéries et les champignons, et les animaux comme les verres de terre, insectes, acariens,
myriapodes, mammifères et crustacés.
I.2.3.1 Morphologie et propriétés des humus
On peut distinguer, dans les couches organiques et humifères du sol, trois grandes catégories de
matériaux, dont l’importance relative permet de définir plusieurs couches : Les Horizons
holorganiques ou Litière, noté O, et les Horizons humifères ou Hémiorganiques, noté A.
Les horizons holorganiques peuvent comporter diverses couches que l’on peut définir comme
suit :
8
- L : constitué, essentiellement, de débris végétaux, avec des proportions insignifiantes de
substances fines (max. 10%).
- F : constitué essentiellement, de résidus mélangés à des proportions plus ou moins
grandes de substances fines (10-70%).
- H : essentiellement, constitué de substances fines mélangées à des résidus très fragmentés.
I.2.3.1 Les différents types d’humus
Les humus terrestres sont classés en trois grandes familles : Mull, moder ou mor.
MULL : Humus de bonne de qualité des forêts feuillues sur le sol suffisamment riche et peu
acide. On y voit les débris organiques de l’année dernière apportés en surface. Bonne
incorporation de la matière organique et formation de complexes argilo-humiques par les vers de
terre. Minéralisation rapide. En forêt, à la fin de l’été, il n’y a pratiquement pas de litière : couche
mince de L sur horizons humifère.
MODER : Humus dû, essentiellement, à l’action de petites espèces fauniques (larves d’insectes,
ver non fouisseurs). La masse de l’humus est constituée de fins débris corpogènes, plus ou moins
remaniés. Peu de complexes argilo-humiques. Les processus de dégradation-humification sont
largement ralentis et il y a formation d’horizons holorganiques (litière) : distinction plus ou
moins apparente des couches L, F et H en proportions variables.
MOR : Humus formé en conditions climatiques et chimiques défavorables. Peu de produits
humiques de synthèse. La décomposition est très lente et il y a accumulation importante de litière
brute : couche F prépondérante.
9
II.1 Matériel
II.1.1 Collection de sols et sites de collection
RENECOFOR, établi en 1991 et géré par l’Office National des Forêts (ONF), a pour objectif
d’étudier, sur une période de trente ans, le fonctionnement de l’écosystème forestier grâce au
suivi de 102 peuplements caractéristiques du territoire métropolitain et distribué sur l’ensemble
de celui-ci.
Ces gestionnaires des forêts nous ont été d’une grande utilité puisque ils ont travaillé durement
sur tout le territoire national pour collecter et traiter les échantillons de sols provenant de divers
compartiments de l’environnement forestier afin que notre étude se fasse dans de bonnes
conditions. En effet, une grande partie du travail a été effectuée par RENECOFOR comme le
broyage, la documentation et la conservation des échantillons dans leur pédotèque que l’Andra
compte bien utiliser pour son projet afin de faciliter la tâche de celle-ci.
Une fois les échantillons récupérés, l’Andra pourra enfin les utiliser dans le but de déterminer les
teneurs des formes de Cl organique et inorganique dans le sol de certains sites au laboratoire
SUBATECH. Notre études ce concentrera sur une trentaine de stations de façon à englober une
gamme assez large des types d’humus et à représenter un gradient maximum de matière
organique, de fertilité et d’humidité des sols de la collection (voir les sites entourés en rouge carte
ci –dessous).
Comme nous l’avions dit en haut, au total se sont, précisément, 31 échantillons provenant,
respectivement, des sites entourés en rouge sur la carte. Pour chaque site, on considèrera la litière
(L), l’humus (H) et le sol minéral de surface (SM) ainsi que pour chacun de ces derniers nous
avons plusieurs sous échantillons de profil et/ou d’horizon différents. Tout cela sera précisé dans
la partie préparation.
10
Figure 2 . Nom des sites des 102 peuplements de la France dont 31 sites (cercles rouges) sont étudiés pour la
détermination des concentrations en chlore organique et inorganique.
11
II.1.2 Identification et nomenclature pédologique des 31 stations à étudier
Pour chaque site parmi les 31 échantillons, on peut distinguer le nom de leurs essences
principales et leur département correspondant, le profil, les formes d’humus, le type de sol et
leur type de matériau, l’année de la collecte (voir tableaux en annexe) etc. Les informations
concernant les placettes sont données par RENECOFOR. Plus tard, on verra également les
autres données concernant les différents groupes fonctionnels composant les sols forestiers
comme les densités de chaque élément constituant les échantillons et le dépôt de chlore sur
chaque site étudié.
II.1.3 Préparation des échantillons de sols
Pour caractériser le stock total de chlore stable dans les sols forestiers, nous disposons dans le
Laboratoire SUBATECH de 3 types d’échantillons provenant des 3 matrices, à savoir
l’Humus (H), le Sol Minéral (SM) et Litière (L). Pour chaque type d’échantillon (H, SM et L)
nous avons également des sous échantillons que l’on va utiliser pour faire des mélanges afin
de bien illustrer l’effet des conditions de milieu à des échelles spatiales et rendre compte de
l’évolution des gammes de concentrations en chlore stable. De plus, avant de procéder à
l’homogénéisation des sous échantillons correspondant à chaque type d’échantillon (H, SM et
L), il faut impérativement faire des calculs de pourcentage en fonction des valeurs de la
densité surfacique ou poids de chaque sous échantillon collecté. Ces données seront
répertoriées dans des tableaux en annexe.
Les échantillons d’humus, des sols minéraux et des litières sont sous la forme de poudre
(solide) plus ou moins légère et de couleurs différentes mais sombre en fonction de la nature
et la provenance géologique des échantillons.
Voici quelques photos des trois types différents d’échantillons reçu par RENECOFOR via
l’Andra :
(Ajoute les photos)
II.1.3.1 Calcul de pourcentage pour la préparation de composite
Avant de réaliser le mélange des sous échantillons de chaque échantillon des matrices (H, L et
SM) sur une masse choisie, il faut d’abord calculer le pourcentage de la contribution de la
densité surfacique de chaque sous échantillon sur une masse de 5 g (voir tableaux 6 à 8).
On a reçu de la part du réseau RENECOFOR les valeurs de densité surfacique de chaque sous
échantillon des trois matrices pour chaque site donné. Le reste des calculs est simple à faire
par la suite :
D’abord, parmi les sous échantillons de litière on distingue les feuilles, les branches, les
fructifications et les restes (voir tableau 6 et 7 en annexe) :
Les tableaux 7 et 8 en annexe montrent les calculs réalisés afin de déterminer la contribution
de chaque élément constituant la litière, en gramme, sur 5 g comme masse finale à obtenir. Et
12
c’est ce qui correspondra à la masse qu’il faudra prélever de chaque sous échantillon pour 5 g
de composite final .
Une fois que les calculs sont faits on peut réaliser les mélanges des sous-échantillons de
litière, pour les 31 placettes, sur 5 g de composite.
A propos des autres types d’échantillons, le sol minéral et l’humus, on procède de la même
façon qu’en haut pour la litière mais avec une petite différence au niveau de la nature et forme
des sous échantillons :
• Echantillon de type sol minéral et ses sous échantillons :
D’abord les sous échantillons de sol minéral sont au nombre de trois, on les distingue grâce
aux informations donnée par RENECOFOR car il s’agit de sous échantillons collectés à
différents niveaux de profondeur, la première allant de 0 à 10 cm, la deuxième de 10 à 20 cm
et la dernière de 20 à 40 cm..
NB : Il y a certains sous échantillons de sol minéral pour un site donnée qui ne sont pas
disponible comme pour l’EPC 39b (tableau 8).
• Echantillon de type humus et ses sous échantillons :
Il faut noter tout d’abord que pour ce type d’échantillon, il existe pour un même échantillon
de type d’humus plusieurs formes d’humus qu’il est difficile de les différencier et donc de les
séparer lors de la collecte. En effet, pour certain site nous n’avons qu’un seul sous échantillon
et pour d’autre nous avons deux au maximum qui sont du type H et LF selon la nomenclature
pédologique.
Dans le cas où il n’y a pas de mélange, on pèse directement 5 g d’humus et on fait ceci pour
toutes les zones (c’est quoi ce mot ?) qui possèdent une seul forme d’humus (voir tableau en
annexe). Dans le cas contraire où il y a un mélange à faire, on réalise d’abord un calcul de
pourcentage avant de prélever des masses précises, déterminées par le calcul, des deux types
d’humus (H et LF) de façon à avoir 5 g de composite d’humus composé et on les
homogénéise ensuite.
Finalement, après avoir effectué les mélanges de sous échantillons pour chaque type de
matrices et ce pour les 31 sites donnés, les composites sont maintenant prêts pour être
analyser de façon à déterminer les formes organique et inorganique du chlore stable ainsi que
le chlore total. Ce dernier, ne nous demandera pas trop de travail de traitement puisque les
échantillons préparés seront envoyés directement en Belgique pour l’analyse par activation
neutronique.
La détermination du chlore total et du chlore organique se fera grâce à la technique de
l’activation neutronique qui, malheureusement, ne se fera pas dans les laboratoires de
RADIOCHIMIE de SUBATECH mais plutôt au SCK-CENen Belgique. Grâce aux résultats
des analyses du chlore total et organique nous pourrons déterminer facilement la quantité de
chlore inorganique dans les sols étudiés pour chaque station en faisant tout simplement la
différence des teneurs en chlore total et celle du chlore organique. Par ailleurs, l’analyse par
chromatographie ionique du chlore inorganique nous permettrait simplement de vérifier la
13
concordance des résultats obtenus et aussi d’en déterminer les teneurs en d’autres éléments
comme les nitrates et les sulfates.
Avant de réaliser tout cela bien que les préparations des échantillons soient faites, il reste
plusieurs étapes à franchir à savoir les traitements des composites préparés auparavant pour
l’analyse des quantités de chlore organique et inorganique dans les sols. La procédure
analytique et les résultats seront précisées plus loin dans la parties méthode et résultat.
II.2 Méthodes
II.2.1 Analyse par Activation Neutronique
II.2.1.1 Généralité et historique
Pierre et Marie Curie ont imaginé les premiers de doser les éléments par les
rayonnements émis par leurs radio-isotopes. Ce n’est qu’en 1936 que Hevesy et Lévy ont
découvert pour la première fois le dosage par activation du dysprosium dans l’yttrium impur.
Tous les procédés de l’activation neutronique reposent sur l’activité produite par les radio-
nucléides créés artificiellement dans la matrice après irradiation. Donc, l’analyse par
activation est basée sur l’identification et la mesure des rayonnements spécifiques émis par
une réaction nucléaire ou par des radio-éléments obtenus par réaction nucléaire.
Une grande partie des éléments de nombre de masse A supérieur à 8 sont dosables par
activation neutronique. Comme il est, généralement, difficile de séparer deux isotopes d’un
même élément chimique du tableau périodique par des traitements physico-chimiques
ordinaires, si l’un d’eux est radioactif, les rayonnements qu’il émet montreront la présence de
l’autre isotope non radioactif. L’analyse est exclusivement multi-élémentaire et très sensible.
II.2.1.2 Principes
Figure 3 : Schéma de principe de l’analyse par activation neutronique
Dans la méthode d’analyse par activation neutronique on distingue plusieurs étapes :
14
1- Préparation d’étalon
2- Irradiation des échantillons
3- Récupération des échantillons irradiés
4- Détermination du spectre gamma après récupération des échantillons irradiés
Dans notre cas d’étude actuelle d’analyse du chlore total, les échantillons de sols n’ont pas
subit de préparation, ni de séparation radiochimique, ils ont été directement irradiés.
1- Préparation d’étalon :
La préparation d’étalon au laboratoire du SCK-CEN en Belgique se fait par la méthode
absolue dite la « méthode du Ko. ».Cette méthode permet de déterminer directement, à partir
d’un spectre gamma, la concentration de tous les éléments recherchés. Cette méthode
demande que l’on connaisse divers paramètres et conditions d’irradiation.
2- Irradiation des échantillons :
Les sources isotopiques de neutrons utilisées dans ce type d’analyse sont, dans la majorité des
cas, un mélange d’un radionucléide naturel avec un élément léger. L’obtention des neutrons se
fait grâce à des réactions du type (α, n) ou (γ, n) sur des noyaux légers (tableau 7). Les
neutrons issus de ses sources isotopiques sont, en général, thermalisés par un écran de
paraffine ou d’eau.
Les échantillons sont irradiés dans un flux de neutrons très stable au sein du réacteur
nucléaire. Ces neutrons sont envoyés avec des énergies de l’ordre quelques MeV environ qui
diffèrent selon les sources utilisées.
Figure 4 : Exemple de source isotopiques de neutrons
3- Récupération des échantillons irradiés :
Cette étape est très délicate car elle fait intervenir la sécurité concernant la radioprotection. En
effet, lors de l’opération d’ouverture, les navettes sont sous protection à cause de l’activité du
conteneur. C’est pourquoi les dispositifs d’ouverture sont télécommandés et mis dans une
cellule blindée, munis d’un verre au plomb et de télémanipulateur.
Après récupération des échantillons irradiés, ils sont soit envoyés directement en salle de
comptage, soit traités avant de les transférer dans les laboratoires. Il s’agit des traitements de
séparations radiochimiques dans le but de diminuer la radioactivité globale de l’échantillon et
de séparer certains isotopes.
15
5- Comptage :
Le comptage se fait grâce à des détecteurs qui sont de plusieurs types selon les radio-
nucléides recherchés. Si l’élément radioactif est émetteur de β-
pur, on utilise un détecteur du
type compteur Geiger-Müller ou compteur à scintillation solide. Si le radio-nucléide est un
émetteur γ, on utilise un détecteur à scintillation solide ( NaI dopé en Thallium), soit un
détecteur à semi-conducteur ( germanium-lithium ou germanium hyperpur ).
II.2.1.3 Caractéristiques de la méthode d’analyse par activation neutronique
La méthode d’analyse par activation neutronique possède des caractéristiques, quelque fois
uniques parmi les méthodes d’analyses, qui sont les suivant :
• C’est une méthode d’analyse de traces et d’ultratraces : les limites de détection
pouvant atteindre jusqu’à 10-12
g voire quelque fois moins. Par exemple, le chlore de
Z=17 et A=37, elle est aux alentours de 10-5
g.
• Elle est indépendante de la forme chimique de l’élément.
• Elle est souvent non destructive.
• C’est une méthode élémentaire.
• Les masses peuvent varier dans une large mesure.
• Aucun souci d’étalonnage.
• Plusieurs domaines d’applications.
II.2.1.4 Résultats
L’étude a été effectuée sur 31 échantillons pour chacun des types de sol : la litière, l’humus,
le sol minéral, soit au total 93 échantillons de sols analysés. Les résultats sont donnés dans le
tableau suivant :
CONCENTRATION
EN CHLORE TOTAL EN PPM
Placette (site) 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
16
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
Tableau 1 : Concentration en chlore total pour chaque type de sols suivant les sites donnés
• On remarque, globalement, sur le tableau 7 que les concentrations en chlore total pour
la litière et l’humus sont élevées par rapport à celles du sol minéral et ce pour tous les
sites excepté le DOU65 (échantillon n°11), où la concentration en chlore total pour le
sol minéral est plus élevée que celle pour la litière. Aucune explication ne peut être
avancée.
Toutefois comme le montre le tableau 7, on constate, pour certaines stations, une diminution
significative de la quantité de chlore total dans la litière au profit de l’humus. Cette baisse
peut-être due à la lixiviation des composés organochlorés très soluble dans l’eau. Autre
possibilité est que’beaucoup d’halogènes organiques sont sensibles à la dégradation et que la
minéralisation de ces composés chlorés organiquement liés c’est la libération de composés
inorganiques halogénure.
II.2.2 Chromatographie ionique
II.2.2.1 Principe
La chromatographie ionique (ou chromatographie à échange d’ions) est une méthode
d’analyse chimique basée sur la séparation et l’analyse des ions et des composés chargés
électriquement dans un mélange. Le principe réside dans le fait que la colonne possède des
résines à échangeuses d’ions ( à base de polymère, de gel de silice ou bien de résine
pelliculaire ) sur laquelle s’effectue les interactions dipolaires entre les sites ioniques de la
phase stationnaire et les analytes de l’échantillon à étudier spécifique à ces sites. Ces résines
constituent la phase stationnaire. La phase mobile (éluant constitué par un milieu aqueux
salins ou organique) entraîne les cations ou les anions à séparer afin de faciliter la migration
de ces derniers en fonction de leur taille et de leur polarisabilité. L’application de cette
technique vise à séparer aussi bien les composés organiques qu’ inorganiques à condition
qu’ils soient chargés électriquement.
17
Figure 5. Schéma de principe d’un appareillage de chromatographie ionique
La séparation et la migration des ions est donc axée non seulement sur l’affinité des ions en
solution pour les ions de charge opposée de la phase stationnaire mais aussi de la compétition
qu’il existe entre le soluté et le contre-ions pour le site ionique.
Dans le cas de l’utilisation d’une colonne cationique, la phase stationnaire sur laquelle sont
liés chimiquement des groupements anioniques comme les sulfonates , permet de séparer les
espèces cationiques.
Dans cas contraire, c’est à dire l’utilisation d’une résine à échangeuse d’anions ( constituée de
groupements ammonium quaternaire) favorisera la séparation des anions.
II.2.2.2 Protocole expérimentale
Ces analyses on été effectuées sur des lixiviations pour chaque matrices ( L, H, SM). Mais
avant de réaliser les analyses, les échantillons de sols ont subit divers étapes de traitement
dans l’ordre suivant :
1. 2 g de sol environ sont mis dans un tube à centrifugé
2. Ajout de 20 mL à 30 mL d’une solution de lessivage ( 0.2 M KNO3, 0.02 M HNO3)
3. Agitation de la solution pendant 1h à 350 tr/min
4. Centrifugation de la suspension pendant 30 min. à une vitesse de 15000 tr/min
5. Récupération et filtration du surnageant avec un filtre à 0.20 µm avant d’être étudiée
par chromatographie ionique.
6. Séchage du solide à 60-70°C pendant quelques jours pour être analysé en vue de
déterminer la teneur en chlore organique, en Belgique.
Les courbes d’étalonnage ont été préalablement effectuées par le laboratoire SUBATECH.
18
Résultats et discussions
Sachant que le sous-réseau CATAENAT ( Charge Acide Totale d’origine Atmosphérique
dans les écosystèmes Naturels Terrestres) ne couvre que quelques dizaines de peuplements
parmi les 102 que suit chaque année le réseau RENECOFOR, nous nous limiterons,
malheureusement que sur 7 placettes. En effet, parmi les 31 sites étudiés, il n’ y a que 7 sites
qui possèdent des données sur les estimations des dépôts atmosphériques sur la trentaine de
sites que couvre le sous-réseau Cataenat.
III.1 Dépôts atmosphériques et concentration en chlore total sur les 7 sites
Les résultats observés sur les différents types de sols ( L, H et SM) ont été obtenus au
laboratoire d’analyse par activation neutronique, en Belgique. Il s’agissait de déterminer les
concentrations en chlore total des échantillons préparés au laboratoire de SUBATECH.
concentration en chlore total
placette L en ppm H en ppm SM en ppm pluviosité en mmacidité en g/ha dépôt Cl en kg/ha SCP
CHP 40 échantillon n°1 231 193 40 784 22,2 55,032
CHS 35 échantillon n°5 528 403 91 546 13,1 33,743
EPC 87 échantillon n°14 107 318 40 748 44,5 26,893
PL 20 échantillon n°20 308 140 61 1001 93 106,254
PS 76 échantillon n°27 107 360 82 539 685 74,294
SP 11 échantillon n°29 122 45 38 780 55,1 23,282
SP 38 échantillon n°30 94 130 40 970 71,3 5,877
tableau 2 : Observation des dépôts atmosphériques sous couvert forestier dans les 7 stations du sous
réseau cataeanat.
Si on compare, d’abord, les concentrations en chlore total pour la litière et pour l’humus par
rapport aux dépôts de chlorure sous couvert pluviolessivat (SCP), on remarque que le dépôt
de chlorures se répercute sur la concentration en chlore total pour certaines stations, c’est-à-
dire si le dépôt de chlore est élevé alors la concentration sera élevée ou le contraire. Par
contre, pour d’autres stations, il n’y a pas de relation entre quantité de dépôt et concentration
de chlore, comme celui du CHS 35 où nous avons un dépôt de chlorures faible pour une
concentration élevée dans la litière. En effet, si on compare, par exemple, les sites CHP 40 et
CHS 35, on remarque que la quantité de dépôt de chlore total pour le CHP 40 est de 55 kg/ha
et celle du CHS est de 33 kg/ ha. Pourtant, d’après les résultats sur le tableau 8, la
concentration en chlore total pour le CHP 40 est largement inférieure à celle du CHS 35.
Ceci, peut s’expliquer par le fait que dans le site CHP 40, il existe des facteurs qui ont fait en
sorte que le chlore a été rejeté dans l’atmosphère ou enfoui très profondément dans le sol ou
bien les deux par des mécanismes suivants :
• Lessivage chlore inorganique puis entraînement dans les canaux souterraines
• Volatilisation des composés chlorés à très faible poids moléculaire
En effet, cette variabilité peut s’expliquer, globalement, par les facteurs suivants : nature de la
pollution, l’essence même du peuplement, présence de brouillard, écoulement le long des
tronc, absorption ou récrétion variable d’éléments par le feuillage. Les échanges anioniques à
19
la surface des feuilles et avec l’acidité des forêts tempérés de France contribuent également à
la diminution des dépôts de chlorures sous couvert forestier et donc une variabilité plus
prononcée selon sites qui présentent ces facteurs.
Autre élément important expliquant cette variabilité des teneurs en chlore dans les sols en
fonction du dépôt de chlore, c’est l’influence maritime. En effet, pour le site PL 20 on voit
que les dépôts en chlore sont les plus élevés.
La plupart des sols des peuplements forestiers en France sont acides ( pH< à 6.5 ). Cette
acidité ne dépend pas des dépôts de protons puisque, dans la majorité des cas, ces dépôt sont
faibles et sont inférieures à 1 kg/ha/an. Ceci est lié, entre autres, au fait qu’il y ait des
échanges cationiques à la surface des feuilles pouvant aussi diminuer les dépôts de protons.
Par ailleurs, le sulfate est, actuellement, le composé responsable, en partie, de l’acidité des
sols forestiers lors des précipitations.
La détermination du chlore total dans les sols en lui même ne suffit plus pour expliquer ces
variations des teneurs en chlore dans les trois matrices d’où l’intérêt de réaliser des travaux
de spéciation du chlore à savoir la détermination du chlore organique et inorganique.
20
Conclusion
Les résultats obtenus jusqu’à présent dans la présente étude sur la détermination des teneurs
en chlore totale stable dans les sols forestiers nous nous a pas permis d’expliquer en détail sur
le comportement du chlore stable dans les sols des écosystèmes forestiers et agricoles selon
les sites considérés. Bien que nous n’ayons pas encore les résultats des concentrations en
chlore organique et inorganique sur les échantillons de sols, la détermination de la
concentration en chlore total, par l’activation neutronique, des échantillons de sols étudiés
nous révèle bien cette variabilité des teneurs en chlore stable selon le milieu considéré où
chaque site possédait sa propre concentration.
En dépit cela, les travaux d’analyse sont en cours au laboratoire et les résultats d’analyse des
jours à venir nous permettrons d’expliquer davantage sur le cycle du chlore dans les
écosystèmes forestiers.
Il s’agit ici d’un sujet qui n’a jamais encore été réalisé en France et le manque d’informations
et de travaux sur celui-ci ne nous a pas donné assez de recul pour pouvoir mieux comprendre
le comportement des pools organique et inorganique du chlore dans le cycle globale chlore
qui, apparemment, est assez complexe.
21
Annexe 1
I) Les essences principales des formations forestiers et les formes d’humus des 31 placettes
Placette Profil Forme
d'humus
Chêne pédonculé Quercus robur CHP 40 1 Eumull
CHP 49 2 Oligomull
Chêne sessile Quercus petraea CHS 03 1 Mésomull
CHS 18 1 Oligomull
CHS 35 1 Dysmoder
CHS 72 2 Moder
CHS 81 2 Oligomull
CHS 88 2 Eumull
Douglas Pseudotsuga menziesii DOU 23 2 Hémimoder
DOU 61 1 Moder
DOU 65 2 Dysmull
Epicea Picea abies EPC 39b 1 Dysmull
EPC 71 1 Moder
EPC 87 2 Hémimoder
Hêtre Fagus sylvatica HET 03 2 Oligomull
HET 25 1 Eumull
HET 29 1 Dysmoder
HET 55 2 Hémimoder
HET 88 1 Mésomull
Pin laricio
Punis nigra laricio
corsicana PL 20 2 Mésomull
Pin maritime Pinus pinaster PM 20 1 Amphimull
PM 40b 2 Mor
Pin sylvestre Pinus sylvestris PS 15 1 Moder
PS 41 2 Mor
PS 45 1 Mor
PS 63 1 Dysmull
PS 76 1 Mor
PS 88 2 Dysmoder
Sapin pectiné Abies alba SP 11 1 Mésomull
SP 38 1 Amphimull
SP 63 2 Moder
tableau 3. Nom des peuplements avec leur département respectif et leur type d’humus
propre pour chaque site.
II) Formes de sol et matériau
Différent types de sol selon les différents sites :
22
Placette Profil Type de sol
23
Duchaufour
CHP 40 1 Sol brun alluvial hydromorphe à gley profond
CHP 49 2 Sol brun lessivé à pseudogley
CHS 03 1 Sol brun superficiel
CHS 18 1 Sol lessivé à pseudogley
CHS 35 1 Sol lessivé acide à pseudogley
CHS 72 2 Sol brun lessivé à pseudogley
CHS 81 2 Sol brun lessivé
CHS 88 2 Pseudogley-Pélosol
DOU 23 2 Sol brun acide humifère
DOU 61 1 Sol ocre podzolique
DOU 65 2 Sol brun colluvial
EPC 39b 1 Sol humo-calcique
EPC 71 1 Sol ocre podzolique
EPC 87 2 Sol brun acide humifère
HET 03 2 Sol brun acide
HET 25 1 Sol brun eutrophe
HET 29 1 Sol brun faiblement lessivé acide
HET 55 2 Sol ocre podzolique
HET 88 1 Sol brun faiblement lessivé à pseudogley
PL 20 2 Sol brun acide humifère
PM 20 1 Sol brun humifère
PM 40b 2 Podzol humique
PS 15 1 Sol brun acide
PS 41 2 Sol ocre podzolique
PS 45 1 Pseudogley primaire
PS 63 1 Sol brun acide
PS 76 1 Micropodzol
PS 88 2 Sol ocre podzolique
SP 11 1 Sol brun calcique hydromorphe
SP 38 1 Sol brun acide colluvial
SP 63 2 Sol brun acide
tableau 4. type de sol pour chaque site (placette) considéré avec leur profil
correspondant.
Différents types de matériau en fonction des sites :
Placette Profil Matériau
CHP 40 1 Alluvions sablo-limoneuses
CHP 49 2 Sables limoneux sur argiles sableuses
CHS 03 1 Sable sur grès
CHS 18 1 Limons sableux
CHS 35 1 Altérite de schiste
CHS 72 2 Limons sur argiles à silex
CHS 81 2 Colluvion sableuse à nombreux cailloux de grès et d'argillite
CHS 88 2 Limons sur marne
DOU 23 2 Arène granitique
DOU 61 1 Limons sableux sur argiles
DOU 65 2 Formation fluvio-glaciaire limono-sableuse
EPC 39b 1 Calcaire dur
EPC 71 1 Arène granitique sablo-limoneuse
EPC 87 2 Arène granitique sableuse solifluée
HET 03 2 Altérite limono-argileuse de micaschiste
24
HET 25 1 Limon sur argile de décarbonatation sur calcaire
HET 29 1 Arène granitique limono-sableuse
HET 55 2 Gaize
HET 88 1 Altérite limono-sableuse de grès
PL 20 2 Arène granitique limono-sableuse
PM 20 1 Arène granitique limono-sableuse
PM 40b 2 Sables des Landes
PS 15 1 Altérite limoneuse de micaschiste, caillouteuse
PS 41 2 Sables graveleux
PS 45 1 Sables limoneux sur argile lourde
PS 63 1 Altérite sableuse de micaschiste, caillouteuse
PS 76 1 Sables limoneux à silex sur argile à silex
PS 88 2 Altérite sableuse de conglomérat
SP 11 1 Argile de décarbonatation sur marne dure
SP 38 1 Dépôts glaciaires limono-argilo-sableux sur schiste
SP 63 2 Arène gélifluée gneissique, sablo-argilo-limoneuse
tableau 5. Nom pédologique du matériau de chaque placette (site).
Annexe 2
25
III) Calcul du pourcentage en fonction des contributions des dépôts de chaque sous –
échantillon de chaque matrice en pourcentage et en gramme
Tableau 6. Contribution de la densité de dépôt de chaque éléments constituant la litière
pour toutes les stations
• Echantillon de type litière et ses sous-échantillons:
Placettes
Feuilles en
g
Branches
en g
Fructificatio
ns en g Reste en g
à peser en
g
CHP 40 3,5679 1,1970 0,0706 0,1645 5,0
CHP 49 2,3839 0,9782 0,0062 1,6317 5,0
CHS 03 3,3659 1,2245 0,0915 0,3181 5,0
CHS 18 3,3644 0,8405 0,0143 0,7808 5,0
CHS 35 2,4224 0,7865 0,0000 1,7911 5,0
CHS 72 3,0712 0,8317 0,0000 1,0970 5,0
CHS 81 3,1616 1,3428 0,2637 0,2319 5,0
CHS 88 1,9753 1,3023 0,2433 1,4791 5,0
DOU 23 4,6716 0,3225 0,0059 0,0000 5,0
DOU 61 4,5270 0,4125 0,0605 0,0000 5,0
Placette
s An
Feuilles
(kg/ha)
Branches
(kg/ha)
Fructifications
(kg/ha)
Reste
(kg/ha) Poids total
CHP 40 1998 2843 954 56 131 3984
CHP 49 1998 2320 952 6 1588 4866
CHS 03 1998 3238 1178 88 306 4810
CHS 18 1998 2818 704 12 654 4188
CHS 35 1998 2310 750 0 1708 4768
CHS 72 1998 2570 696 0 918 4184
CHS 81 1998 2590 1100 216 190 4096
CHS 88 1998 2078 1370 256 1556 5260
DOU 23 1998 3158 218 4 0 3380
DOU 61 1998 1646 150 22 0 1818
DOU 65 1998 2304 270 0 72 2646
EPC 39b 1998 788 50 214 72 1124
EPC 71 1998 1826 594 1104 78 3602
EPC 87 1998 1978 308 1556 2 3844
HET 03 1998 2740 498 4 368 3610
HET 25 1998 2938 448 0 932 4318
HET 29 1998 2802 334 4 958 4098
HET 55 1998 2434 262 2 980 3678
HET 88 1998 3030 1048 0 338 4416
PL 20 1998 2626 1204 54 322 4206
PM 20 1998 2810 932 2 42 3786
PM 40b 1998 4624 222 126 0 4972
PS 15 1998 2594 410 252 288 3544
PS 41 1998 2340 1232 572 116 4260
PS 45 1998 1322 644 468 1310 3744
PS 63 1998 2018 434 464 66 2982
PS 76 1998 1524 1050 740 18 3332
PS 88 1998 2000 706 352 126 3184
SP 11 1998 1528 280 162 108 2078
SP 38 1998 1962 654 1336 204 4156
SP 63 1998 2262 690 1828 276 5056
26
DOU 65 4,3537 0,5102 0,0000 0,1361 5,0
EPC 39b 3,5053 0,2224 0,9520 0,3203 5,0
EPC 71 2,5347 0,8245 1,5325 0,1083 5,0
EPC 87 2,5728 0,4006 2,0239 0,0026 5,0
HET 03 3,7950 0,6898 0,0055 0,5097 5,0
HET 25 3,4020 0,5188 0,0000 1,0792 5,0
HET 29 3,4187 0,4075 0,0049 1,1689 5,0
HET 55 3,3089 0,3562 0,0027 1,3322 5,0
HET 88 3,4307 1,1866 0,0000 0,3827 5,0
PL 20 3,1217 1,4313 0,0642 0,3828 5,0
PM 20 3,7110 1,2309 0,0026 0,0555 5,0
PM 40b 4,6500 0,2233 0,1267 0,0000 5,0
PS 15 3,6597 0,5784 0,3555 0,4063 5,0
PS 41 2,7465 1,4460 0,6714 0,1362 5,0
PS 45 1,7655 0,8600 0,6250 1,7495 5,0
PS 63 3,3836 0,7277 0,7780 0,1107 5,0
PS 76 2,2869 1,5756 1,1104 0,0270 5,0
PS 88 3,1407 1,1087 0,5528 0,1979 5,0
SP 11 3,6766 0,6737 0,3898 0,2599 5,0
SP 38 2,3604 0,7868 1,6073 0,2454 5,0
SP 63 2,2369 0,6824 1,8078 0,2729 5,0
tableau 7. détermination de la masse à prélever pour chaque sous échantillon de chaque
site donné sur 5 g de litière composé
• Echantillon de sol minéral et ses sous échantillons :
Placette
s
Couche
de sol
Densité
apparen
te de la
terre
fine
(g/cm3)
Pourcenta
ge en %
Masse
en g
CHP 40 0-10 1,270 24,836 1,242
CHP 40 10-20 1,302 25,452 1,273
CHP 40 20-40 1,271 49,712 2,486
5,114 100,000 5,000
CHP 49 0-10 1,333 21,199 1,060
CHP 49 10-20 1,530 24,342 1,217
CHP 49 20-40 1,712 54,460 2,723
6,287 100,000 5,000
CHS 03 0-10 0,985 21,003 1,050
CHS 03 10-20 1,173 25,013 1,251
CHS 03 20-40 1,266 53,984 2,699
4,689 100,000 5,000
CHS 18 0-10 1,255 22,174 1,109
CHS 18 10-20 1,313 23,191 1,160
CHS 18 20-40 1,546 54,635 2,732
5,661 100,000 5,000
CHS 35 0-10 1,003 22,998 1,150
CHS 35 10-20 0,990 22,695 1,135
CHS 35 20-40 1,184 54,307 2,715
4,360 100,000 5,000
CHS 72 0-10 0,893 17,117 0,856
CHS 72 10-20 1,350 25,890 1,294
CHS 72 20-40 1,486 56,994 2,850
27
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PL 20 0-10 0,659 15,816 0,791
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28
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PM 40b 20-40 1,600 61,757 3,088
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PS 15 0-10 0,629 19,744 0,987
PS 15 10-20 0,791 24,843 1,242
PS 15 20-40 0,882 55,413 2,771
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PS 41 10-20 1,380 25,597 1,280
PS 41 20-40 1,392 51,640 2,582
5,391 100,000 5,000
PS 45 0-10 1,359 28,799 1,440
PS 45 10-20 1,194 25,307 1,265
PS 45 20-40 1,083 45,894 2,295
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PS 63 10-20 0,503 23,488 1,174
PS 63 20-40 0,498 46,527 2,326
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PS 88 0-10 0,959 23,488 1,174
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SP 11 10-20 0,917 18,116 0,906
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SP 38 0-10 0,614 26,634 1,332
SP 38 10-20 0,658 28,542 1,427
SP 38 20-40 0,517 44,824 2,241
2,307 100,000 5,000
SP 63 0-10 0,430 16,239 0,812
SP 63 10-20 0,655 24,721 1,236
SP 63 20-40 0,782 59,040 2,952
2,650 100,000 5,000
tableau 8. Détermination de la masse à prélever en fonction de la contribution de la
densité apparente de la terre fine de chaque sous échantillons pour chaque placette
donnée sur masse de 5 g de sol minéral composé.
29

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  • 1. DETERMINATION DE LA VARIABILITE DES TENEURS ET STOCKS DE CHLORE ORGANIQUE ET INORGANIQUE DANS LES SOLS FORESTIERS Réalisé par Mohamed TALBI Master 1 mention :CHIMIE Spécialité :Analyses et contrôle des bio-molécules aux produits industriels Université de Nantes Encadrant : Abdesselam ABDELOUAS
  • 2. Année universitaire 2008-2009 Introduction L’un des problèmes majeurs auxquels est exposée l’industrie nucléaire est la gestion des déchets nucléaires qui sont produits après la combustion au sein du réacteur, pendant quelques années, d’un combustible fissile comme l’uranium 235. Tout le problème des déchets nucléaires, selon l’opinion, réside dans l’inquiétude d’effets néfastes et irréversibles sur la santé de l’homme et sur son environnement. Ces déchets sont classés en différentes catégories, suivant leur niveau de radioactivité, nombre de noyaux d’atomes qui se désintègrent spontanément par unité de temps et la période radioactive, temps nécessaire pour que l’activité d’un radionucléide donné soit diminué de moitié. On distingue des déchets de faible, moyenne ou haute activité. Ils sont dit à vie longue lorsque leur période dépasse trente ans, à vie courte dans le cas contraire. Les déchets radioactifs qui sont les plus intéressant selon des organismes de conditionnement et de gestion des déchets nucléaire, comme l’ANDRA, sont ceux dont leur activité est haute et leur vie est longue, on les appelle déchets HAVL (haute activité et à vie longue). La solution permettant de les isoler de la biosphère, bien entendu du public, et qui fait l’unanimité de la plupart des pays, est l’enfouissement souterrain dans un site de stockage géologiquement stable en profondeur. Cependant cette idée pose problème à long terme puisque les déchets de haute activité renferment un grand nombre de radionucléides ayant des demi-vies longues allant de plusieurs milliers à plusieurs millions d’années comme le chlore 36 radioactif. C’est l’élément qui nous intéresse pour notre étude. Bien que, le stockage en profondeur est conçu pour limiter la diffusion et la percolation des radioéléments à travers les roches sur une échelle de temps acceptable en fonction de leur période de demi-vie, rien ne nous assure que, sur de telles durées, il n’y ait pas de fuites de certains radionucléides. La présence d’eau dans la formation géologique pourrait, au bout de quelques siècles, atteindre et corroder les colis de déchets qui, par voie de conséquence, largueraient les radionucléides comme par exemple le 129 I, 36 Cl et 79 Se. 2
  • 3. Dans le cadre du projet de stockage HAVL géré par l’ANDRA, des résultats des évaluations de sûreté ont révélé la contribution non négligeable de ces radionucléides à l’exposition potentielle à long terme du public, notamment en termes de dose à l’homme. Le manque de précision et d’explication sur la variabilité de la teneur en Cl stable de l’exutoire et de sa redistribution entre les différents compartiments de l’environnement, la végétation et les sols en particulier, nous amène à mettre en œuvre des études sur ce phénomène. C’est pourquoi, il est essentiel de quantifier les teneurs et bilan en Cl stable en vue de réaliser une paramétrisation d’un modèle Cl- 36 qui reflèterait la réalité d’activité spécifique basé sur la dilution isotopique. De plus, l’étude de la connaissance du cycle biogéochimique du Cl dans l’écosystème forestier et agricole permettra de renforcer les bases de données Andra pour le Cl stable dans différentes conditions de milieu spécifiques, représentatives des différents scénarii « climatiques » sur le plan nationale. Le laboratoire SUBATECH, plus précisément le groupe de Radiochimie de SUBATECH s’intéresse à l’étude de la caractérisation de la variabilité des teneurs en Cl organique et inorganique dans différents compartiments clés (sols et végétation) des environnements agricole et forestier de façon à compléter les bases de données spécifiques Andra nécessaires aux différentes applications du modèle de transfert Cl-36. C’est une première en France car aucune étude de ce genre n’a été réalisée jusqu’à présent. Le but de ce stage est donc de déterminer les concentrations des formes organiques et inorganiques du chlore stable et bien évidemment le chlore total pour chaque échantillon collecté dans les groupes fonctionnels de l’environnement à savoir le sol minéral, la litière et l’humus. D’autres éléments seront quantifiés comme l’azote et le carbone organique si nous avions le temps. Dans cette optique, plusieurs techniques d’analyses seront employées afin d’apprécier la variabilité des teneurs en chlore organique et inorganique : la chromatographie ionique, l’activation neutronique.. L’analyse par activation neutronique nécessaire à la réalisation de mon stage a été réalisée au SCK-CEN en Belgique qui travaille en collaboration avec SUBATECH possède ce dispositif et nous a permis d’analysé nos échantillons moyennant argent. 3
  • 4. Dans ce rapport je vais d’abord vous expliquer le cycle général biogéochimique du chlore stable ainsi que la nomenclature en pédologie des écosystèmes forestiers afin de comprendre par la suite les termes utilisés en pédologie pour définir les éléments qui composent les différents compartiments « sol-végétal ». Ensuite, je parlerai sur les différents matériels et les méthodes utilisées pour réaliser la spéciation du chlore. Enfin, je discuterai sur les résultats d’analyse de spéciation obtenus sur mes échantillons pour donner une conclusion sur mes travaux. 4
  • 5. Généralités I.1 La biogéochimie du chlore stable dans les écosystèmes forestiers I.1.1 Ubiquité du chlore dans l’environnement terrestre Le chlore est un élément de la famille des halogènes au même titre que F, Br, I et At, de symbole 35 Cl et de numéro atomique 17. Ils sont caractérisés par des énergies de liaison faibles et une électronégativité élevée, avec le fluor qui a l’électronégativité la plus élevée de tous les éléments du tableau périodique. Le chlore possède aussi des isotopes présents dans l’environnement terrestre : 35 Cl (75,78%) stable, 37 Cl (24,22%) stable et 36 Cl radioactif. Selon les physiologistes des plantes, les ions chlorure (Cl- ) sont indispensables dans les réactions photosynthétiques qui produisent de l’oxygène ainsi qu’à la croissance des plantes. Du fait de sa mobilité, l’ion chlorure maintient une certaine neutralité des charges à travers les membranes et il est l’un des principaux solutés osmotiquement actifs dans la vacuole (Stryer, L, Biochemistery, 1988 ). Le chlore stable et ses dérivés sont présents à peu près partout dans la nature, majoritairement sous forme de sels. Environ 1,9% dans l’eau de mer, 0,3% dans la végétation terrestre, 2×10-3 % dans les eaux des rivières, et 9×10-5 % dans les précipitations atmosphériques (V. Kashparov and al, 2005). L’élément le plus répandu sur terre est le chlorure de sodium ou sel de table ordinaire. On le rencontre dans les mines de sel, vastes dépôts correspondants aux lits asséchés des mers préhistoriques. 16 éléments chimiques différents constituent environ 99,5% de la croûte terrestre s. A la 11ème place se trouve le chlore. Seuls 15 éléments composent 99,5% du corps humain. Ici, c’est au 10ème rang que l’on retrouve le chlore. Les composés organiques chlorés sont généralement considérés aussi bien par le public que les scientifiques comme des polluants indésirables d’origine anthropique. De plus, depuis longtemps, nous croyons que le chlore ne participait pas dans les processus biologiques et qu’il était présent dans l’environnement terrestre seulement sous forme d’ions chlorure (Öberg, 2002). Pourtant, ces dernières décennies de recherches ont révélé en plus du chlore inorganique, considéré comme inerte et très labile dans le sol et utilisé comme traceur pour des études hydrologiques, que le chlore organique est belle et bien stocké naturellement, sans apport humain, dans le sol ( Asplund et Grimvall, 1991 ; Asplund, 1995). Chaque année d’énormes quantités de composés halogénés sont relâchées et retournées dans la nature par des mécanismes assez complexes dont nous savions que peu de choses malgré les recherches en cours. Chaque année, la mer produit des millions de tonnes de chlorures de méthyle, de bromures de méthyles et d’iodures de méthyles. D’autres composés voient aussi le 5
  • 6. jour comme le tétrachlorure de carbone et le chloroforme. Il existe aussi des sources naturelles de dérivés halogénés telles que les éruptions volcaniques qui produisent annuellement des millions de tonnes d’acide chlorhydrique. Des millions de tonnes de chlore sont également produits par les embruns, les incendies de forêt et l’érosion géologique etc. Les formes organique et inorganique du chlore stable sont omniprésentes également dans les sols, l’eau et les compartiments de l’air tels que la surface de l’eau, l’eau souterraine, les précipitations, les aérosols et l’atmosphère etc. C’est pourquoi on ne peut plus négliger le rôle des pools organiques dans le cycle du chlore dans les écosystèmes forestiers. I.1.2 Les origines de la variabilité des teneurs des formes organique et inorganique du chlore dans les sols Des études ont mis en évidence une grande variabilité des teneurs en Cl stable en fonction du milieu considéré due à la chlorination de la matière organique et sa dynamique de minéralisation. La persistance et l’accumulation du chlore organique dans le système plante-sol nous conduit à considérer que le sol se comporte comme un puit et/ou une source de chlore organique. Cela implique que la contribution du chlore organique par rapport au chlore inorganique dans certains écosystèmes ne peut plus être ignorée et aussi le rôle de ce pool dans le cycle total du chlore. Le ratio entre le Clorg/Clinorg dans les sols et la végétation reste encore à préciser. Cette variabilité peut s’expliquer par le fait qu’il existe bien un cycle de formation (incorporation du chlore dans la matière organique) et de minéralisation (rejet de chlorure) du chlore organique qui a lieu dans le sol. Les dépôts de chlore atmosphérique, dont une grande partie provient de la mer, dépendent, de façon générale, de la distance à la mer et de la quantité de précipitation (Oberg, 1998). Le fait aussi que la matière organique du sol contient des dérivés chlorés très volatils, contribue à cette variabilité, en plus de sa minéralisation. On retrouve, également, cette fluctuation dans le cas des chlorures où les quantités de Cl- varient largement selon les sites considérés. Et ceci est dû aux phénomènes de précipitation et d’évapotranspiration. Il existe des espèces (les champignons, lignines, micro-organismes…) qui sont capables de métaboliser les chlorures pour former des dérivés halogénés hautement volatils ou bien les dégrader. De plus, les activités régnant dans le sol comme la fragmentation du sol minéral et la dégradation de la matière organique par les agents de drainage comme les verres de terre, les taupes favorisent la volatilisation des composés organochlorés. C’est pourquoi le sol joue le rôle d’une source de chlore stable. Finalement, le phénomène de lixiviation des substances dans le sol via la percolation des eaux de pluie dans celui-ci conduit au transport des chlorures vers les couches profondes du profil. D’où le sol est également considéré comme un puit de chlore. Finalement, à la lumière de ce que nous venons de dire, on pourrait concevoir le cycle biogéochimique du chlore comme suit : 6
  • 7. Figure 1. Schéma d’un model conceptuel du cycle du chlore dans les écosystèmes forestiers a) Dépôt atmosphérique de chlorure ( source majeur de chlorure originaire des océans) b) Dépôt de chlore organique provenant des sources non pollué comme dépôt atmosphérique, la végétation, et formation interne dans le sol et une petite contribution anthropique. c) Formation du chlore organique via l’incorporation des chlorures dans le sol d) Minéralisation du chlore organique via départ du chlore qui se fait dans le sol e) Volatilisation des composés organiques chlorés après leur dépôt suite à la diminution de leur poids moléculaire f) Volatilisation via la fragmentation des substances chlorées dans le sol après u leur formation g) Lixiviation des formes organique et inorganique du chlore dans le sol ( puit de chlore organique et inorganique) h) Enfouissement des substances chlorées piégées dans la matière organique du sol après sa dégradation (transformation en roche minéral). I.2 Notion de pédologie et descriptions des sols dans l’écosystème forestier Il est préférable dans ce rapport de connaître quelques termes et définitions pédologiques associés au compartiment de l’environnement « sols-végétaux » pour comprendre les mots utilisés plus loin dans le rapport. I.2.1 Pédologie : définition La pédologie est la partie de la Science du Sol qui se préoccupe de l’étude de l’origine, des constituants, des propriétés et la classification des sols. Ces derniers, sont la formation naturelle de surface, à propriétés essentiellement dynamiques, souvent différenciés en couches distinctes, à constituants minéraux et/ou organiques généralement meubles, résultant de la transformation d’une roche-mère sous l’influence de divers facteurs physiques, chimiques, physico-chimiques et 7
  • 8. biologiques et différents de cette roche mère par certains caractères morphologiques, physiques, chimiques et biologique. I.2.2 Sols et leurs propriétés Le sol est composant de l’écosystème, ensemble d’êtres vivant en interrelation avec les facteurs du milieu, essentiellement le climat local et le sol. Il constitue à lui seul une source d’éléments nutritifs et un support des végétaux. Les sols se forment, de façon schématique, grâce à trois phénomènes qui se chevauchent, plus ou moins dans le temps : - l’Altération, correspondant à la décomposition de roche-mère ; - l’Humification, introduction de matières organiques (humus) ; - La Différenciation, migrations et accumulations de certains éléments. La transformation de la roche mère enrichie par des apports organiques donne aux couches superficielles du sol une texture meuble sur laquelle les végétaux se différencient de plus en plus et se développent. Ces derniers ramènent au sol une quantité, plus ou moins importante, de résidus, dont la décomposition conduit à la formation d’humus. Certains éléments de l’humus, en association avec les mouvements d’eau au sein du sol, peuvent provoquer des déplacements de substances, amenant l’apparition de couches superposées, plus ou moins distinctes. On appelle ses couches Horizons, dont l’ensemble constitue le Profil. I.2.3 Matières organiques formant l’Humus Elles correspondent essentiellement aux substances végétales retombant sur le sol à partir des plantes et, accessoirement, d’excréments et de cadavres d’animaux. Au fil du temps, ces retombées se décomposent plus ou moins facilement pour donner naissance à l’humus, et dont sa formation dépend de la quantité de matière retournée au sol et des facteurs qui agissent sur l’humification : le climat, l’aération, la richesse chimique du sol. La transformation des matières organiques se fait via des agents d’humification parmi eux on retrouve, les microbes comme les bactéries et les champignons, et les animaux comme les verres de terre, insectes, acariens, myriapodes, mammifères et crustacés. I.2.3.1 Morphologie et propriétés des humus On peut distinguer, dans les couches organiques et humifères du sol, trois grandes catégories de matériaux, dont l’importance relative permet de définir plusieurs couches : Les Horizons holorganiques ou Litière, noté O, et les Horizons humifères ou Hémiorganiques, noté A. Les horizons holorganiques peuvent comporter diverses couches que l’on peut définir comme suit : 8
  • 9. - L : constitué, essentiellement, de débris végétaux, avec des proportions insignifiantes de substances fines (max. 10%). - F : constitué essentiellement, de résidus mélangés à des proportions plus ou moins grandes de substances fines (10-70%). - H : essentiellement, constitué de substances fines mélangées à des résidus très fragmentés. I.2.3.1 Les différents types d’humus Les humus terrestres sont classés en trois grandes familles : Mull, moder ou mor. MULL : Humus de bonne de qualité des forêts feuillues sur le sol suffisamment riche et peu acide. On y voit les débris organiques de l’année dernière apportés en surface. Bonne incorporation de la matière organique et formation de complexes argilo-humiques par les vers de terre. Minéralisation rapide. En forêt, à la fin de l’été, il n’y a pratiquement pas de litière : couche mince de L sur horizons humifère. MODER : Humus dû, essentiellement, à l’action de petites espèces fauniques (larves d’insectes, ver non fouisseurs). La masse de l’humus est constituée de fins débris corpogènes, plus ou moins remaniés. Peu de complexes argilo-humiques. Les processus de dégradation-humification sont largement ralentis et il y a formation d’horizons holorganiques (litière) : distinction plus ou moins apparente des couches L, F et H en proportions variables. MOR : Humus formé en conditions climatiques et chimiques défavorables. Peu de produits humiques de synthèse. La décomposition est très lente et il y a accumulation importante de litière brute : couche F prépondérante. 9
  • 10. II.1 Matériel II.1.1 Collection de sols et sites de collection RENECOFOR, établi en 1991 et géré par l’Office National des Forêts (ONF), a pour objectif d’étudier, sur une période de trente ans, le fonctionnement de l’écosystème forestier grâce au suivi de 102 peuplements caractéristiques du territoire métropolitain et distribué sur l’ensemble de celui-ci. Ces gestionnaires des forêts nous ont été d’une grande utilité puisque ils ont travaillé durement sur tout le territoire national pour collecter et traiter les échantillons de sols provenant de divers compartiments de l’environnement forestier afin que notre étude se fasse dans de bonnes conditions. En effet, une grande partie du travail a été effectuée par RENECOFOR comme le broyage, la documentation et la conservation des échantillons dans leur pédotèque que l’Andra compte bien utiliser pour son projet afin de faciliter la tâche de celle-ci. Une fois les échantillons récupérés, l’Andra pourra enfin les utiliser dans le but de déterminer les teneurs des formes de Cl organique et inorganique dans le sol de certains sites au laboratoire SUBATECH. Notre études ce concentrera sur une trentaine de stations de façon à englober une gamme assez large des types d’humus et à représenter un gradient maximum de matière organique, de fertilité et d’humidité des sols de la collection (voir les sites entourés en rouge carte ci –dessous). Comme nous l’avions dit en haut, au total se sont, précisément, 31 échantillons provenant, respectivement, des sites entourés en rouge sur la carte. Pour chaque site, on considèrera la litière (L), l’humus (H) et le sol minéral de surface (SM) ainsi que pour chacun de ces derniers nous avons plusieurs sous échantillons de profil et/ou d’horizon différents. Tout cela sera précisé dans la partie préparation. 10
  • 11. Figure 2 . Nom des sites des 102 peuplements de la France dont 31 sites (cercles rouges) sont étudiés pour la détermination des concentrations en chlore organique et inorganique. 11
  • 12. II.1.2 Identification et nomenclature pédologique des 31 stations à étudier Pour chaque site parmi les 31 échantillons, on peut distinguer le nom de leurs essences principales et leur département correspondant, le profil, les formes d’humus, le type de sol et leur type de matériau, l’année de la collecte (voir tableaux en annexe) etc. Les informations concernant les placettes sont données par RENECOFOR. Plus tard, on verra également les autres données concernant les différents groupes fonctionnels composant les sols forestiers comme les densités de chaque élément constituant les échantillons et le dépôt de chlore sur chaque site étudié. II.1.3 Préparation des échantillons de sols Pour caractériser le stock total de chlore stable dans les sols forestiers, nous disposons dans le Laboratoire SUBATECH de 3 types d’échantillons provenant des 3 matrices, à savoir l’Humus (H), le Sol Minéral (SM) et Litière (L). Pour chaque type d’échantillon (H, SM et L) nous avons également des sous échantillons que l’on va utiliser pour faire des mélanges afin de bien illustrer l’effet des conditions de milieu à des échelles spatiales et rendre compte de l’évolution des gammes de concentrations en chlore stable. De plus, avant de procéder à l’homogénéisation des sous échantillons correspondant à chaque type d’échantillon (H, SM et L), il faut impérativement faire des calculs de pourcentage en fonction des valeurs de la densité surfacique ou poids de chaque sous échantillon collecté. Ces données seront répertoriées dans des tableaux en annexe. Les échantillons d’humus, des sols minéraux et des litières sont sous la forme de poudre (solide) plus ou moins légère et de couleurs différentes mais sombre en fonction de la nature et la provenance géologique des échantillons. Voici quelques photos des trois types différents d’échantillons reçu par RENECOFOR via l’Andra : (Ajoute les photos) II.1.3.1 Calcul de pourcentage pour la préparation de composite Avant de réaliser le mélange des sous échantillons de chaque échantillon des matrices (H, L et SM) sur une masse choisie, il faut d’abord calculer le pourcentage de la contribution de la densité surfacique de chaque sous échantillon sur une masse de 5 g (voir tableaux 6 à 8). On a reçu de la part du réseau RENECOFOR les valeurs de densité surfacique de chaque sous échantillon des trois matrices pour chaque site donné. Le reste des calculs est simple à faire par la suite : D’abord, parmi les sous échantillons de litière on distingue les feuilles, les branches, les fructifications et les restes (voir tableau 6 et 7 en annexe) : Les tableaux 7 et 8 en annexe montrent les calculs réalisés afin de déterminer la contribution de chaque élément constituant la litière, en gramme, sur 5 g comme masse finale à obtenir. Et 12
  • 13. c’est ce qui correspondra à la masse qu’il faudra prélever de chaque sous échantillon pour 5 g de composite final . Une fois que les calculs sont faits on peut réaliser les mélanges des sous-échantillons de litière, pour les 31 placettes, sur 5 g de composite. A propos des autres types d’échantillons, le sol minéral et l’humus, on procède de la même façon qu’en haut pour la litière mais avec une petite différence au niveau de la nature et forme des sous échantillons : • Echantillon de type sol minéral et ses sous échantillons : D’abord les sous échantillons de sol minéral sont au nombre de trois, on les distingue grâce aux informations donnée par RENECOFOR car il s’agit de sous échantillons collectés à différents niveaux de profondeur, la première allant de 0 à 10 cm, la deuxième de 10 à 20 cm et la dernière de 20 à 40 cm.. NB : Il y a certains sous échantillons de sol minéral pour un site donnée qui ne sont pas disponible comme pour l’EPC 39b (tableau 8). • Echantillon de type humus et ses sous échantillons : Il faut noter tout d’abord que pour ce type d’échantillon, il existe pour un même échantillon de type d’humus plusieurs formes d’humus qu’il est difficile de les différencier et donc de les séparer lors de la collecte. En effet, pour certain site nous n’avons qu’un seul sous échantillon et pour d’autre nous avons deux au maximum qui sont du type H et LF selon la nomenclature pédologique. Dans le cas où il n’y a pas de mélange, on pèse directement 5 g d’humus et on fait ceci pour toutes les zones (c’est quoi ce mot ?) qui possèdent une seul forme d’humus (voir tableau en annexe). Dans le cas contraire où il y a un mélange à faire, on réalise d’abord un calcul de pourcentage avant de prélever des masses précises, déterminées par le calcul, des deux types d’humus (H et LF) de façon à avoir 5 g de composite d’humus composé et on les homogénéise ensuite. Finalement, après avoir effectué les mélanges de sous échantillons pour chaque type de matrices et ce pour les 31 sites donnés, les composites sont maintenant prêts pour être analyser de façon à déterminer les formes organique et inorganique du chlore stable ainsi que le chlore total. Ce dernier, ne nous demandera pas trop de travail de traitement puisque les échantillons préparés seront envoyés directement en Belgique pour l’analyse par activation neutronique. La détermination du chlore total et du chlore organique se fera grâce à la technique de l’activation neutronique qui, malheureusement, ne se fera pas dans les laboratoires de RADIOCHIMIE de SUBATECH mais plutôt au SCK-CENen Belgique. Grâce aux résultats des analyses du chlore total et organique nous pourrons déterminer facilement la quantité de chlore inorganique dans les sols étudiés pour chaque station en faisant tout simplement la différence des teneurs en chlore total et celle du chlore organique. Par ailleurs, l’analyse par chromatographie ionique du chlore inorganique nous permettrait simplement de vérifier la 13
  • 14. concordance des résultats obtenus et aussi d’en déterminer les teneurs en d’autres éléments comme les nitrates et les sulfates. Avant de réaliser tout cela bien que les préparations des échantillons soient faites, il reste plusieurs étapes à franchir à savoir les traitements des composites préparés auparavant pour l’analyse des quantités de chlore organique et inorganique dans les sols. La procédure analytique et les résultats seront précisées plus loin dans la parties méthode et résultat. II.2 Méthodes II.2.1 Analyse par Activation Neutronique II.2.1.1 Généralité et historique Pierre et Marie Curie ont imaginé les premiers de doser les éléments par les rayonnements émis par leurs radio-isotopes. Ce n’est qu’en 1936 que Hevesy et Lévy ont découvert pour la première fois le dosage par activation du dysprosium dans l’yttrium impur. Tous les procédés de l’activation neutronique reposent sur l’activité produite par les radio- nucléides créés artificiellement dans la matrice après irradiation. Donc, l’analyse par activation est basée sur l’identification et la mesure des rayonnements spécifiques émis par une réaction nucléaire ou par des radio-éléments obtenus par réaction nucléaire. Une grande partie des éléments de nombre de masse A supérieur à 8 sont dosables par activation neutronique. Comme il est, généralement, difficile de séparer deux isotopes d’un même élément chimique du tableau périodique par des traitements physico-chimiques ordinaires, si l’un d’eux est radioactif, les rayonnements qu’il émet montreront la présence de l’autre isotope non radioactif. L’analyse est exclusivement multi-élémentaire et très sensible. II.2.1.2 Principes Figure 3 : Schéma de principe de l’analyse par activation neutronique Dans la méthode d’analyse par activation neutronique on distingue plusieurs étapes : 14
  • 15. 1- Préparation d’étalon 2- Irradiation des échantillons 3- Récupération des échantillons irradiés 4- Détermination du spectre gamma après récupération des échantillons irradiés Dans notre cas d’étude actuelle d’analyse du chlore total, les échantillons de sols n’ont pas subit de préparation, ni de séparation radiochimique, ils ont été directement irradiés. 1- Préparation d’étalon : La préparation d’étalon au laboratoire du SCK-CEN en Belgique se fait par la méthode absolue dite la « méthode du Ko. ».Cette méthode permet de déterminer directement, à partir d’un spectre gamma, la concentration de tous les éléments recherchés. Cette méthode demande que l’on connaisse divers paramètres et conditions d’irradiation. 2- Irradiation des échantillons : Les sources isotopiques de neutrons utilisées dans ce type d’analyse sont, dans la majorité des cas, un mélange d’un radionucléide naturel avec un élément léger. L’obtention des neutrons se fait grâce à des réactions du type (α, n) ou (γ, n) sur des noyaux légers (tableau 7). Les neutrons issus de ses sources isotopiques sont, en général, thermalisés par un écran de paraffine ou d’eau. Les échantillons sont irradiés dans un flux de neutrons très stable au sein du réacteur nucléaire. Ces neutrons sont envoyés avec des énergies de l’ordre quelques MeV environ qui diffèrent selon les sources utilisées. Figure 4 : Exemple de source isotopiques de neutrons 3- Récupération des échantillons irradiés : Cette étape est très délicate car elle fait intervenir la sécurité concernant la radioprotection. En effet, lors de l’opération d’ouverture, les navettes sont sous protection à cause de l’activité du conteneur. C’est pourquoi les dispositifs d’ouverture sont télécommandés et mis dans une cellule blindée, munis d’un verre au plomb et de télémanipulateur. Après récupération des échantillons irradiés, ils sont soit envoyés directement en salle de comptage, soit traités avant de les transférer dans les laboratoires. Il s’agit des traitements de séparations radiochimiques dans le but de diminuer la radioactivité globale de l’échantillon et de séparer certains isotopes. 15
  • 16. 5- Comptage : Le comptage se fait grâce à des détecteurs qui sont de plusieurs types selon les radio- nucléides recherchés. Si l’élément radioactif est émetteur de β- pur, on utilise un détecteur du type compteur Geiger-Müller ou compteur à scintillation solide. Si le radio-nucléide est un émetteur γ, on utilise un détecteur à scintillation solide ( NaI dopé en Thallium), soit un détecteur à semi-conducteur ( germanium-lithium ou germanium hyperpur ). II.2.1.3 Caractéristiques de la méthode d’analyse par activation neutronique La méthode d’analyse par activation neutronique possède des caractéristiques, quelque fois uniques parmi les méthodes d’analyses, qui sont les suivant : • C’est une méthode d’analyse de traces et d’ultratraces : les limites de détection pouvant atteindre jusqu’à 10-12 g voire quelque fois moins. Par exemple, le chlore de Z=17 et A=37, elle est aux alentours de 10-5 g. • Elle est indépendante de la forme chimique de l’élément. • Elle est souvent non destructive. • C’est une méthode élémentaire. • Les masses peuvent varier dans une large mesure. • Aucun souci d’étalonnage. • Plusieurs domaines d’applications. II.2.1.4 Résultats L’étude a été effectuée sur 31 échantillons pour chacun des types de sol : la litière, l’humus, le sol minéral, soit au total 93 échantillons de sols analysés. Les résultats sont donnés dans le tableau suivant : CONCENTRATION EN CHLORE TOTAL EN PPM Placette (site) 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 16
  • 17. 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 Tableau 1 : Concentration en chlore total pour chaque type de sols suivant les sites donnés • On remarque, globalement, sur le tableau 7 que les concentrations en chlore total pour la litière et l’humus sont élevées par rapport à celles du sol minéral et ce pour tous les sites excepté le DOU65 (échantillon n°11), où la concentration en chlore total pour le sol minéral est plus élevée que celle pour la litière. Aucune explication ne peut être avancée. Toutefois comme le montre le tableau 7, on constate, pour certaines stations, une diminution significative de la quantité de chlore total dans la litière au profit de l’humus. Cette baisse peut-être due à la lixiviation des composés organochlorés très soluble dans l’eau. Autre possibilité est que’beaucoup d’halogènes organiques sont sensibles à la dégradation et que la minéralisation de ces composés chlorés organiquement liés c’est la libération de composés inorganiques halogénure. II.2.2 Chromatographie ionique II.2.2.1 Principe La chromatographie ionique (ou chromatographie à échange d’ions) est une méthode d’analyse chimique basée sur la séparation et l’analyse des ions et des composés chargés électriquement dans un mélange. Le principe réside dans le fait que la colonne possède des résines à échangeuses d’ions ( à base de polymère, de gel de silice ou bien de résine pelliculaire ) sur laquelle s’effectue les interactions dipolaires entre les sites ioniques de la phase stationnaire et les analytes de l’échantillon à étudier spécifique à ces sites. Ces résines constituent la phase stationnaire. La phase mobile (éluant constitué par un milieu aqueux salins ou organique) entraîne les cations ou les anions à séparer afin de faciliter la migration de ces derniers en fonction de leur taille et de leur polarisabilité. L’application de cette technique vise à séparer aussi bien les composés organiques qu’ inorganiques à condition qu’ils soient chargés électriquement. 17
  • 18. Figure 5. Schéma de principe d’un appareillage de chromatographie ionique La séparation et la migration des ions est donc axée non seulement sur l’affinité des ions en solution pour les ions de charge opposée de la phase stationnaire mais aussi de la compétition qu’il existe entre le soluté et le contre-ions pour le site ionique. Dans le cas de l’utilisation d’une colonne cationique, la phase stationnaire sur laquelle sont liés chimiquement des groupements anioniques comme les sulfonates , permet de séparer les espèces cationiques. Dans cas contraire, c’est à dire l’utilisation d’une résine à échangeuse d’anions ( constituée de groupements ammonium quaternaire) favorisera la séparation des anions. II.2.2.2 Protocole expérimentale Ces analyses on été effectuées sur des lixiviations pour chaque matrices ( L, H, SM). Mais avant de réaliser les analyses, les échantillons de sols ont subit divers étapes de traitement dans l’ordre suivant : 1. 2 g de sol environ sont mis dans un tube à centrifugé 2. Ajout de 20 mL à 30 mL d’une solution de lessivage ( 0.2 M KNO3, 0.02 M HNO3) 3. Agitation de la solution pendant 1h à 350 tr/min 4. Centrifugation de la suspension pendant 30 min. à une vitesse de 15000 tr/min 5. Récupération et filtration du surnageant avec un filtre à 0.20 µm avant d’être étudiée par chromatographie ionique. 6. Séchage du solide à 60-70°C pendant quelques jours pour être analysé en vue de déterminer la teneur en chlore organique, en Belgique. Les courbes d’étalonnage ont été préalablement effectuées par le laboratoire SUBATECH. 18
  • 19. Résultats et discussions Sachant que le sous-réseau CATAENAT ( Charge Acide Totale d’origine Atmosphérique dans les écosystèmes Naturels Terrestres) ne couvre que quelques dizaines de peuplements parmi les 102 que suit chaque année le réseau RENECOFOR, nous nous limiterons, malheureusement que sur 7 placettes. En effet, parmi les 31 sites étudiés, il n’ y a que 7 sites qui possèdent des données sur les estimations des dépôts atmosphériques sur la trentaine de sites que couvre le sous-réseau Cataenat. III.1 Dépôts atmosphériques et concentration en chlore total sur les 7 sites Les résultats observés sur les différents types de sols ( L, H et SM) ont été obtenus au laboratoire d’analyse par activation neutronique, en Belgique. Il s’agissait de déterminer les concentrations en chlore total des échantillons préparés au laboratoire de SUBATECH. concentration en chlore total placette L en ppm H en ppm SM en ppm pluviosité en mmacidité en g/ha dépôt Cl en kg/ha SCP CHP 40 échantillon n°1 231 193 40 784 22,2 55,032 CHS 35 échantillon n°5 528 403 91 546 13,1 33,743 EPC 87 échantillon n°14 107 318 40 748 44,5 26,893 PL 20 échantillon n°20 308 140 61 1001 93 106,254 PS 76 échantillon n°27 107 360 82 539 685 74,294 SP 11 échantillon n°29 122 45 38 780 55,1 23,282 SP 38 échantillon n°30 94 130 40 970 71,3 5,877 tableau 2 : Observation des dépôts atmosphériques sous couvert forestier dans les 7 stations du sous réseau cataeanat. Si on compare, d’abord, les concentrations en chlore total pour la litière et pour l’humus par rapport aux dépôts de chlorure sous couvert pluviolessivat (SCP), on remarque que le dépôt de chlorures se répercute sur la concentration en chlore total pour certaines stations, c’est-à- dire si le dépôt de chlore est élevé alors la concentration sera élevée ou le contraire. Par contre, pour d’autres stations, il n’y a pas de relation entre quantité de dépôt et concentration de chlore, comme celui du CHS 35 où nous avons un dépôt de chlorures faible pour une concentration élevée dans la litière. En effet, si on compare, par exemple, les sites CHP 40 et CHS 35, on remarque que la quantité de dépôt de chlore total pour le CHP 40 est de 55 kg/ha et celle du CHS est de 33 kg/ ha. Pourtant, d’après les résultats sur le tableau 8, la concentration en chlore total pour le CHP 40 est largement inférieure à celle du CHS 35. Ceci, peut s’expliquer par le fait que dans le site CHP 40, il existe des facteurs qui ont fait en sorte que le chlore a été rejeté dans l’atmosphère ou enfoui très profondément dans le sol ou bien les deux par des mécanismes suivants : • Lessivage chlore inorganique puis entraînement dans les canaux souterraines • Volatilisation des composés chlorés à très faible poids moléculaire En effet, cette variabilité peut s’expliquer, globalement, par les facteurs suivants : nature de la pollution, l’essence même du peuplement, présence de brouillard, écoulement le long des tronc, absorption ou récrétion variable d’éléments par le feuillage. Les échanges anioniques à 19
  • 20. la surface des feuilles et avec l’acidité des forêts tempérés de France contribuent également à la diminution des dépôts de chlorures sous couvert forestier et donc une variabilité plus prononcée selon sites qui présentent ces facteurs. Autre élément important expliquant cette variabilité des teneurs en chlore dans les sols en fonction du dépôt de chlore, c’est l’influence maritime. En effet, pour le site PL 20 on voit que les dépôts en chlore sont les plus élevés. La plupart des sols des peuplements forestiers en France sont acides ( pH< à 6.5 ). Cette acidité ne dépend pas des dépôts de protons puisque, dans la majorité des cas, ces dépôt sont faibles et sont inférieures à 1 kg/ha/an. Ceci est lié, entre autres, au fait qu’il y ait des échanges cationiques à la surface des feuilles pouvant aussi diminuer les dépôts de protons. Par ailleurs, le sulfate est, actuellement, le composé responsable, en partie, de l’acidité des sols forestiers lors des précipitations. La détermination du chlore total dans les sols en lui même ne suffit plus pour expliquer ces variations des teneurs en chlore dans les trois matrices d’où l’intérêt de réaliser des travaux de spéciation du chlore à savoir la détermination du chlore organique et inorganique. 20
  • 21. Conclusion Les résultats obtenus jusqu’à présent dans la présente étude sur la détermination des teneurs en chlore totale stable dans les sols forestiers nous nous a pas permis d’expliquer en détail sur le comportement du chlore stable dans les sols des écosystèmes forestiers et agricoles selon les sites considérés. Bien que nous n’ayons pas encore les résultats des concentrations en chlore organique et inorganique sur les échantillons de sols, la détermination de la concentration en chlore total, par l’activation neutronique, des échantillons de sols étudiés nous révèle bien cette variabilité des teneurs en chlore stable selon le milieu considéré où chaque site possédait sa propre concentration. En dépit cela, les travaux d’analyse sont en cours au laboratoire et les résultats d’analyse des jours à venir nous permettrons d’expliquer davantage sur le cycle du chlore dans les écosystèmes forestiers. Il s’agit ici d’un sujet qui n’a jamais encore été réalisé en France et le manque d’informations et de travaux sur celui-ci ne nous a pas donné assez de recul pour pouvoir mieux comprendre le comportement des pools organique et inorganique du chlore dans le cycle globale chlore qui, apparemment, est assez complexe. 21
  • 22. Annexe 1 I) Les essences principales des formations forestiers et les formes d’humus des 31 placettes Placette Profil Forme d'humus Chêne pédonculé Quercus robur CHP 40 1 Eumull CHP 49 2 Oligomull Chêne sessile Quercus petraea CHS 03 1 Mésomull CHS 18 1 Oligomull CHS 35 1 Dysmoder CHS 72 2 Moder CHS 81 2 Oligomull CHS 88 2 Eumull Douglas Pseudotsuga menziesii DOU 23 2 Hémimoder DOU 61 1 Moder DOU 65 2 Dysmull Epicea Picea abies EPC 39b 1 Dysmull EPC 71 1 Moder EPC 87 2 Hémimoder Hêtre Fagus sylvatica HET 03 2 Oligomull HET 25 1 Eumull HET 29 1 Dysmoder HET 55 2 Hémimoder HET 88 1 Mésomull Pin laricio Punis nigra laricio corsicana PL 20 2 Mésomull Pin maritime Pinus pinaster PM 20 1 Amphimull PM 40b 2 Mor Pin sylvestre Pinus sylvestris PS 15 1 Moder PS 41 2 Mor PS 45 1 Mor PS 63 1 Dysmull PS 76 1 Mor PS 88 2 Dysmoder Sapin pectiné Abies alba SP 11 1 Mésomull SP 38 1 Amphimull SP 63 2 Moder tableau 3. Nom des peuplements avec leur département respectif et leur type d’humus propre pour chaque site. II) Formes de sol et matériau Différent types de sol selon les différents sites : 22
  • 23. Placette Profil Type de sol 23
  • 24. Duchaufour CHP 40 1 Sol brun alluvial hydromorphe à gley profond CHP 49 2 Sol brun lessivé à pseudogley CHS 03 1 Sol brun superficiel CHS 18 1 Sol lessivé à pseudogley CHS 35 1 Sol lessivé acide à pseudogley CHS 72 2 Sol brun lessivé à pseudogley CHS 81 2 Sol brun lessivé CHS 88 2 Pseudogley-Pélosol DOU 23 2 Sol brun acide humifère DOU 61 1 Sol ocre podzolique DOU 65 2 Sol brun colluvial EPC 39b 1 Sol humo-calcique EPC 71 1 Sol ocre podzolique EPC 87 2 Sol brun acide humifère HET 03 2 Sol brun acide HET 25 1 Sol brun eutrophe HET 29 1 Sol brun faiblement lessivé acide HET 55 2 Sol ocre podzolique HET 88 1 Sol brun faiblement lessivé à pseudogley PL 20 2 Sol brun acide humifère PM 20 1 Sol brun humifère PM 40b 2 Podzol humique PS 15 1 Sol brun acide PS 41 2 Sol ocre podzolique PS 45 1 Pseudogley primaire PS 63 1 Sol brun acide PS 76 1 Micropodzol PS 88 2 Sol ocre podzolique SP 11 1 Sol brun calcique hydromorphe SP 38 1 Sol brun acide colluvial SP 63 2 Sol brun acide tableau 4. type de sol pour chaque site (placette) considéré avec leur profil correspondant. Différents types de matériau en fonction des sites : Placette Profil Matériau CHP 40 1 Alluvions sablo-limoneuses CHP 49 2 Sables limoneux sur argiles sableuses CHS 03 1 Sable sur grès CHS 18 1 Limons sableux CHS 35 1 Altérite de schiste CHS 72 2 Limons sur argiles à silex CHS 81 2 Colluvion sableuse à nombreux cailloux de grès et d'argillite CHS 88 2 Limons sur marne DOU 23 2 Arène granitique DOU 61 1 Limons sableux sur argiles DOU 65 2 Formation fluvio-glaciaire limono-sableuse EPC 39b 1 Calcaire dur EPC 71 1 Arène granitique sablo-limoneuse EPC 87 2 Arène granitique sableuse solifluée HET 03 2 Altérite limono-argileuse de micaschiste 24
  • 25. HET 25 1 Limon sur argile de décarbonatation sur calcaire HET 29 1 Arène granitique limono-sableuse HET 55 2 Gaize HET 88 1 Altérite limono-sableuse de grès PL 20 2 Arène granitique limono-sableuse PM 20 1 Arène granitique limono-sableuse PM 40b 2 Sables des Landes PS 15 1 Altérite limoneuse de micaschiste, caillouteuse PS 41 2 Sables graveleux PS 45 1 Sables limoneux sur argile lourde PS 63 1 Altérite sableuse de micaschiste, caillouteuse PS 76 1 Sables limoneux à silex sur argile à silex PS 88 2 Altérite sableuse de conglomérat SP 11 1 Argile de décarbonatation sur marne dure SP 38 1 Dépôts glaciaires limono-argilo-sableux sur schiste SP 63 2 Arène gélifluée gneissique, sablo-argilo-limoneuse tableau 5. Nom pédologique du matériau de chaque placette (site). Annexe 2 25
  • 26. III) Calcul du pourcentage en fonction des contributions des dépôts de chaque sous – échantillon de chaque matrice en pourcentage et en gramme Tableau 6. Contribution de la densité de dépôt de chaque éléments constituant la litière pour toutes les stations • Echantillon de type litière et ses sous-échantillons: Placettes Feuilles en g Branches en g Fructificatio ns en g Reste en g à peser en g CHP 40 3,5679 1,1970 0,0706 0,1645 5,0 CHP 49 2,3839 0,9782 0,0062 1,6317 5,0 CHS 03 3,3659 1,2245 0,0915 0,3181 5,0 CHS 18 3,3644 0,8405 0,0143 0,7808 5,0 CHS 35 2,4224 0,7865 0,0000 1,7911 5,0 CHS 72 3,0712 0,8317 0,0000 1,0970 5,0 CHS 81 3,1616 1,3428 0,2637 0,2319 5,0 CHS 88 1,9753 1,3023 0,2433 1,4791 5,0 DOU 23 4,6716 0,3225 0,0059 0,0000 5,0 DOU 61 4,5270 0,4125 0,0605 0,0000 5,0 Placette s An Feuilles (kg/ha) Branches (kg/ha) Fructifications (kg/ha) Reste (kg/ha) Poids total CHP 40 1998 2843 954 56 131 3984 CHP 49 1998 2320 952 6 1588 4866 CHS 03 1998 3238 1178 88 306 4810 CHS 18 1998 2818 704 12 654 4188 CHS 35 1998 2310 750 0 1708 4768 CHS 72 1998 2570 696 0 918 4184 CHS 81 1998 2590 1100 216 190 4096 CHS 88 1998 2078 1370 256 1556 5260 DOU 23 1998 3158 218 4 0 3380 DOU 61 1998 1646 150 22 0 1818 DOU 65 1998 2304 270 0 72 2646 EPC 39b 1998 788 50 214 72 1124 EPC 71 1998 1826 594 1104 78 3602 EPC 87 1998 1978 308 1556 2 3844 HET 03 1998 2740 498 4 368 3610 HET 25 1998 2938 448 0 932 4318 HET 29 1998 2802 334 4 958 4098 HET 55 1998 2434 262 2 980 3678 HET 88 1998 3030 1048 0 338 4416 PL 20 1998 2626 1204 54 322 4206 PM 20 1998 2810 932 2 42 3786 PM 40b 1998 4624 222 126 0 4972 PS 15 1998 2594 410 252 288 3544 PS 41 1998 2340 1232 572 116 4260 PS 45 1998 1322 644 468 1310 3744 PS 63 1998 2018 434 464 66 2982 PS 76 1998 1524 1050 740 18 3332 PS 88 1998 2000 706 352 126 3184 SP 11 1998 1528 280 162 108 2078 SP 38 1998 1962 654 1336 204 4156 SP 63 1998 2262 690 1828 276 5056 26
  • 27. DOU 65 4,3537 0,5102 0,0000 0,1361 5,0 EPC 39b 3,5053 0,2224 0,9520 0,3203 5,0 EPC 71 2,5347 0,8245 1,5325 0,1083 5,0 EPC 87 2,5728 0,4006 2,0239 0,0026 5,0 HET 03 3,7950 0,6898 0,0055 0,5097 5,0 HET 25 3,4020 0,5188 0,0000 1,0792 5,0 HET 29 3,4187 0,4075 0,0049 1,1689 5,0 HET 55 3,3089 0,3562 0,0027 1,3322 5,0 HET 88 3,4307 1,1866 0,0000 0,3827 5,0 PL 20 3,1217 1,4313 0,0642 0,3828 5,0 PM 20 3,7110 1,2309 0,0026 0,0555 5,0 PM 40b 4,6500 0,2233 0,1267 0,0000 5,0 PS 15 3,6597 0,5784 0,3555 0,4063 5,0 PS 41 2,7465 1,4460 0,6714 0,1362 5,0 PS 45 1,7655 0,8600 0,6250 1,7495 5,0 PS 63 3,3836 0,7277 0,7780 0,1107 5,0 PS 76 2,2869 1,5756 1,1104 0,0270 5,0 PS 88 3,1407 1,1087 0,5528 0,1979 5,0 SP 11 3,6766 0,6737 0,3898 0,2599 5,0 SP 38 2,3604 0,7868 1,6073 0,2454 5,0 SP 63 2,2369 0,6824 1,8078 0,2729 5,0 tableau 7. détermination de la masse à prélever pour chaque sous échantillon de chaque site donné sur 5 g de litière composé • Echantillon de sol minéral et ses sous échantillons : Placette s Couche de sol Densité apparen te de la terre fine (g/cm3) Pourcenta ge en % Masse en g CHP 40 0-10 1,270 24,836 1,242 CHP 40 10-20 1,302 25,452 1,273 CHP 40 20-40 1,271 49,712 2,486 5,114 100,000 5,000 CHP 49 0-10 1,333 21,199 1,060 CHP 49 10-20 1,530 24,342 1,217 CHP 49 20-40 1,712 54,460 2,723 6,287 100,000 5,000 CHS 03 0-10 0,985 21,003 1,050 CHS 03 10-20 1,173 25,013 1,251 CHS 03 20-40 1,266 53,984 2,699 4,689 100,000 5,000 CHS 18 0-10 1,255 22,174 1,109 CHS 18 10-20 1,313 23,191 1,160 CHS 18 20-40 1,546 54,635 2,732 5,661 100,000 5,000 CHS 35 0-10 1,003 22,998 1,150 CHS 35 10-20 0,990 22,695 1,135 CHS 35 20-40 1,184 54,307 2,715 4,360 100,000 5,000 CHS 72 0-10 0,893 17,117 0,856 CHS 72 10-20 1,350 25,890 1,294 CHS 72 20-40 1,486 56,994 2,850 27
  • 28. 5,216 100,000 5,000 CHS 81 0-10 0,975 20,809 1,040 CHS 81 10-20 1,115 23,802 1,190 CHS 81 20-40 1,298 55,389 2,769 4,685 100,000 5,000 CHS 88 0-10 0,786 18,598 0,930 CHS 88 10-20 1,090 25,795 1,290 CHS 88 20-40 1,174 55,606 2,780 4,224 100,000 5,000 DOU 23 0-10 0,438 19,188 0,959 DOU 23 10-20 0,595 26,090 1,304 DOU 23 20-40 0,624 54,722 2,736 2,281 100,000 5,000 DOU 61 0-10 0,912 21,285 1,064 DOU 61 10-20 1,110 25,915 1,296 DOU 61 20-40 1,131 52,801 2,640 4,285 100,000 5,000 DOU 65 0-10 0,420 21,578 1,079 DOU 65 10-20 0,467 24,003 1,200 DOU 65 20-40 0,530 54,418 2,721 1,946 100,000 5,000 EPC 71 0-10 0,546 23,072 1,154 EPC 71 10-20 0,563 23,816 1,191 EPC 71 20-40 0,628 53,112 2,656 2,365 100,000 5,000 EPC 87 0-10 0,441 15,879 0,794 EPC 87 10-20 0,734 26,427 1,321 EPC 87 20-40 0,801 57,695 2,885 2,776 100,000 5,000 HET 03 0-10 0,774 22,710 1,136 HET 03 10-20 0,804 23,603 1,180 HET 03 20-40 0,914 53,687 2,684 3,406 100,000 5,000 HET 25 0-10 0,908 22,766 1,138 HET 25 10-20 0,987 24,747 1,237 HET 25 20-40 1,047 52,486 2,624 3,988 100,000 5,000 HET 29 0-10 0,873 23,594 1,180 HET 29 10-20 0,914 24,719 1,236 HET 29 20-40 0,956 51,687 2,584 3,699 100,000 5,000 HET 55 0-10 1,300 24,488 1,224 HET 55 10-20 1,286 24,216 1,211 HET 55 20-40 1,362 51,296 2,565 5,309 100,000 5,000 HET 88 0-10 0,945 22,821 1,141 HET 88 10-20 1,048 25,314 1,266 HET 88 20-40 1,074 51,865 2,593 4,140 100,000 5,000 PL 20 0-10 0,659 15,816 0,791 PL 20 10-20 0,990 23,762 1,188 PL 20 20-40 1,259 60,422 3,021 4,168 100,000 5,000 PM 20 0-10 0,542 21,885 1,094 PM 20 10-20 0,627 25,307 1,265 PM 20 20-40 0,654 52,808 2,640 2,478 100,000 5,000 28
  • 29. PM 40b 0-10 0,817 15,763 0,788 PM 40b 10-20 1,165 22,480 1,124 PM 40b 20-40 1,600 61,757 3,088 5,182 100,000 5,000 PS 15 0-10 0,629 19,744 0,987 PS 15 10-20 0,791 24,843 1,242 PS 15 20-40 0,882 55,413 2,771 3,185 100,000 5,000 PS 41 0-10 1,227 22,763 1,138 PS 41 10-20 1,380 25,597 1,280 PS 41 20-40 1,392 51,640 2,582 5,391 100,000 5,000 PS 45 0-10 1,359 28,799 1,440 PS 45 10-20 1,194 25,307 1,265 PS 45 20-40 1,083 45,894 2,295 4,720 100,000 5,000 PS 63 0-10 0,642 29,985 1,499 PS 63 10-20 0,503 23,488 1,174 PS 63 20-40 0,498 46,527 2,326 2,142 100,000 5,000 PS 76 0-10 0,868 24,026 1,201 PS 76 10-20 0,884 24,469 1,223 PS 76 20-40 0,930 51,506 2,575 3,613 100,000 5,000 PS 88 0-10 0,959 23,488 1,174 PS 88 10-20 1,072 26,255 1,313 PS 88 20-40 1,026 50,257 2,513 4,083 100,000 5,000 SP 11 0-10 0,964 19,048 0,952 SP 11 10-20 0,917 18,116 0,906 SP 11 20-40 1,590 62,836 3,142 5,061 100,000 5,000 SP 38 0-10 0,614 26,634 1,332 SP 38 10-20 0,658 28,542 1,427 SP 38 20-40 0,517 44,824 2,241 2,307 100,000 5,000 SP 63 0-10 0,430 16,239 0,812 SP 63 10-20 0,655 24,721 1,236 SP 63 20-40 0,782 59,040 2,952 2,650 100,000 5,000 tableau 8. Détermination de la masse à prélever en fonction de la contribution de la densité apparente de la terre fine de chaque sous échantillons pour chaque placette donnée sur masse de 5 g de sol minéral composé. 29