La pollution des sols par les Eléments Traces Métalliques est un problème majeur car, contrairement aux autres milieux, le sol possède une plus faible capacité à s’épurer. Les différents modèles empiriques exprimant la solubilité et le coefficient de distribution Kd de ces polluants inorganiques dans les sols ne tiennent pas compte de l’influence des facteurs environnementaux. Le travail de thèse a consisté à étudier l’effet de facteurs environnementaux, dits « sensibles au changement global », sur la mobilité de Cd, Pb, Zn, As et Hg dans les sols, à l’aide d’un plan factoriel fractionnaire 24-1. Onze échantillons de sol représentatifs de 3 sites d’études industriels et agricoles des bassins de la Meuse et de l’Ebre ont été étudiés dans le cadre du projet européen AQUATERRA. Le comportement de As n’est pas significativement corrélé à la nature intrinsèque des échantillons de sol mais à l’augmentation de la température et à une condition anoxique. Ces facteurs stimulent les activités microbiennes de solubilisation de As tels que réduction dissolutive microbienne des oxyhydroxydes de Fe et la réduction de As(V). La forte implication de l’activité microbienne permet de modéliser la mobilité de As en fonction des facteurs environnementaux, pour l’ensemble des 11 échantillons de sol. A l’inverse, le comportement de Cd, Pb et particulièrement Zn, est très significativement corrélé à la nature des échantillons de sol et notamment le pH du sol. Enfin, la phytodisponibilité de Cd, Pb, Zn et As a été estimée, à l’aide d’un système à compartiment, et modélisée de manière empirique, afin de permettre une meilleure compréhension des phénomènes de transfert sol-plante. / Pollution induced by trace elements in soils is a major environmental problem because, compared to atmospheric and water pollution, the soil environment is much less resilient. Few studies have been conducted on the effect of environmental factors on trace elements mobility. The different empirical models expressing trace elements solubility and distribution coefficient in soils don’t take into account the effect of these factors. The thesis study the effect of global-change-sensitive factors on Cd, Pb, Zn, As and Hg mobility in soils, using a 24-1 fractional factorial design. Eleven soil samples representative of the 3 industrial and agricultural studied sites of the Meuse and Ebro basins have been studied in the framework of the European AQUATERRA project. As behaviour is not significatively linked to intrinsic nature of soil samples but to the temperature increase and to an anaerobic condition. These factors stimulate microbial activities involved in As solubilisation processes such as microbial dissolutive reduction of Fe oxyhydroxydes and As(V) reduction. The strong influence of microbial activity allow to model As mobility as a function of environmental factors for the whole 11 soil samples. On the contrary, Cd, Pb and above all Zn behaviour, are correlated very significatively to the nature of soil samples like soil pH. Finally, Cd, Pb, Zn and As phytoavailability have been assessed thanks to a compartment system and modelled empirically which aims to better estimate of soil-plant transfer processes.

Ce travail de recherche porte sur l'optimisation des procédés de lavage de sol permettant le traitement des sites contaminés par des métaux lourds. Cette étude se concentre sur le cycle complet de ce type de traitement, incluant la possibilité de réutilisation et un traitement adapté de la solution de lavage de sol utilisée. La conception et l'exploitation d'un procédé de lavage de sol sont étudiées dans le but d'optimiser leur coût et leur efficacité. Dans ce but, les paramètres et la configuration du réacteur utilisé pour ce procédé sont étudiés en détail à travers des tests à l'échelle du laboratoire, et les cinétiques sont simulées par une modélisation mathématique. Les échantillons de sol utilisés au cours de cette étude proviennent de terres agricoles présentant une forte contamination en cuivre. Parmi plusieurs agents chélateurs de la famille des aminopolycarboxylates, il a été choisi d'utiliser l'acide éthylènediamine-N, N'-disuccinique (EDDS) pour sa biodégradabilité - largement rapportée dans la littérature – et son efficacité importante d'extraction des métaux lourds, y compris du cuivre. Le travail bibliographique a permis d'identifier les deux paramètres cruciaux pour l'optimisation du procédé de lavage de sol : le rapport molaire EDDS : Cu et le rapport liquide-solide (L/S). Des tests réalisés dans un réacteur à agitation continue (RAC) en fonctionnement discontinu ont permis d'étudier l'influence de ces deux paramètres sur le rendement et la cinétique d'extraction du cuivre. L’augmentation du rapport molaire EDDS : Cu a permis une meilleure amélioration de l'efficacité du procédé, comparée à l'augmentation du rapport L/S. Par ailleurs, les tests réalisés en discontinu ont clairement mis en évidence une première étape cinétique rapide au début du traitement, suivie d'une seconde étape d'extraction plus lente jusqu'à la fin du traitement. Il a donc été formulé un modèle empirique basé sur deux termes cinétiques. Les paramètres du modèle ont été calibrés puis validés grâce à deux séries de données expérimentales différentes. Ce modèle permet d'abord d'évaluer la validité de l'hypothèse d'un procédé reposant sur deux étapes cinétiques différentes. Cela représente aussi un nouvel outil pour prévoir l'efficacité du procédé en fonction de l'évolution du ratio molaire EDDS : Cu et du temps de traitement. Les coûts d'exploitation du procédé ont été minimisés en étudiant différentes configurations de traitement. En particulier, deux configurations en réacteur piston ont été analysées et comparées à celle en RAC. Les réacteurs pistons ont été simulés en utilisant plusieurs réacteurs en série et en variant les temps de rétention et le fractionnement de l'injection de la solution de lavage de sol. Comparés à la configuration en RAC, les résultats obtenus en réacteur piston ont montré une amélioration du rendement et de la cinétique d'extraction du cuivre, ainsi qu'une réduction de la quantité de solution de lavage utilisée. Pour finir, un procédé électrochimique a été mis en place pour le traitement et la récupération de la solution d'EDDS utilisée. Des tests en réacteur discontinu ont permis d'optimiser les paramètres de ce procédé (densité de courant, pH et conductivité de la solution de lavage de sol). La solution récupérée a ensuite été utilisée pour d'autres étapes de lavage de sol. Les résultats obtenus ont prouvé l'efficacité du traitement électrochimique pour la récupération de la solution d'EDDS, et permettent d'envisager l'application de cette technique pour réduire le coût des procédés de lavage de sol utilisant l'EDDS / The object of the present research work is the optimization of soil-washing processes applied to heavy metal contaminated soils. The work focuses on the whole cycle of these treatments, including the possible recovery and the proper disposal of the used washing solution. Both the design and the exploitation of a soil washing treatment are investigated, in order to maximize their efficacy, in terms of cost and process efficiency. At this aim process parameters and reactor configurations are studied in details through lab-scale tests, and the observed kinetics are simulated through mathematical modeling. Soil samples used for the experimental activity were collected from an agricultural field located in Southern Italy, mainly contaminated by copper. Among several Aminopolycarboxylate (APC) chelating agents, Ethylenediamine-N,N'-disuccinic acid (EDDS) was selected, for its recognized biodegradability, widely reported in literature works, and its efficiency as extracting agent towards several heavy metals, including Cu. Literature review allowed determining the two most important process parameters to be investigated for washing optimization. The two parameters were identified as EDDS : Cu molar ratio and liquid to soil ratio (L/S). In order to investigate the effect of these parameters on process kinetics and Cu extraction yield, batch washing tests in continuous-stirred tank reactor configuration (CSTR) were carried out. EDDS : Cu molar ratio increase was found to be able to enhance process efficiency more than L/S increase. Batch tests clearly displayed a first fast kinetic step at the beginning of the treatment, followed by a second slower kinetic extraction step, which lasted until the end of the treatment. According to this observation, an empirical mathematical model based on two-kinetic terms was formulated. Model parameters were firstly calibrated and then validated using two different sets of experimental data. The derived mathematical model was useful to assess the validity of the two-kinetic steps process hypothesis, and to provide a tool for process efficiency prediction depending on EDDS : Cu molar ratio and treatment time length. Exploitation costs of the process were minimized studying different treatment configurations. In details two Plug-Flow configurations were analyzed and compared to the CSTR one. The two Plug-Flow configurations were simulated using several reactors in series, varying the detention time of the reactors, and fractionating the injection of the washing solution. Achieved results displayed improvements in terms of Cu extraction yield and process kinetic for the tested Plug-Flow conditions compared to the CSTR one, and showed that the use of a Plug-Flow reactor allows to reduce the amount of required washing solution. Finally, an electrochemical process was tested for the treatment and the recovery of the spent EDDS solution. Batch tests were carried out to optimize electrochemical process parameters (e.g. current density, washing solution pH and conductivity). The recovered solution was also used for a multi-washing test. Results proved the effectiveness of the electrochemical treatment for EDDS solution recovery and its potential application as technique for EDDS-enhanced soil washing costs reduction

Les biochars sont au cœur de la lutte contre les changements globaux. Ils constituent aussi un enjeu pour la gestion durable des sols contaminés. Ces travaux ont été conduits afin de mieux comprendre les effets du biochar sur la mobilité des métaux dans les sols et leur transfert vers les plantes. Une série d’expériences de complexité croissante ont été conduites, impliquant un biochar obtenu par pyrolyse de bois à 450 °C, et deux sols, l’un acide et l’autre alcalin, contaminés par Cd, Pb et Zn suite à l'activité d'une fonderie. Une gamme d’espèces végétales aux réponses contrastées vis-à-vis des métaux a été testée. Des essais de sorption en batch et de lixiviation en colonnes couplés à une caractérisation microscopique et spectroscopique du biochar ont été réalisés, ainsi que des expériences de croissance végétale en vases de végétation, en rhizotrons et en lysimètres. Les résultats démontrent que les phases minérales carbonatées du biochar jouent un rôle prépondérant dans l'immobilisation des métaux. Elles interviennent dans la sorption directe des métaux à la surface du biochar par co-précipitation. Leur dissolution contribue également à l'augmentation du pH du sol, conduisant à une rétention accrue des métaux à la surface des particules du sol. Le biochar modifie le transfert des métaux vers la plante en diminuant la disponibilité des métaux, mais également en diminuant la mobilité de cations majeurs et en modifiant la surface racinaire développée par la plante. Une diminution du transfert du métal vers les parties aériennes de la plante a généralement été observée avec Lolium perenne ou Zea mays, alors qu'une augmentation du prélèvement de Cd et Zn par l'hyperaccumulateur Noccaea caerulescens a été mise en évidence. En conclusion, le biochar contrôle la mobilité des métaux dans les systèmes sol-plante grâce à une série de mécanismes différents. Au plan pratique, le biochar favorise les stratégies de phytostabilisation et de phytoextraction des métaux dans les sols contaminés / Biochars play a central part in the mitigation of global changes. They also represent a challenge for the sustainable management of contaminated soils. This work was conducted in order to better understand the effects of biochar on the mobility of metals in soils and their uptake by plants. A range of experiments was set up following a gradual increase of complexity, with a wood-derived biochar obtained by pyrolysis at 450 °C and two soils, acidic or alkaline, contaminated by Cd, Pb and Zn from smelter activity. Various plant species with contrasting response to metals were tested. Batch sorption and column leaching experiments coupled to microscopic and spectroscopic characterization of biochars were conducted, together with plant growth experiment in pots, rhizoboxes and lysimeters. Results demonstrate that biochar's carbonated mineral phases play a dominant role in the immobilization of metals. They lead to metals direct sorption on the surface of biochar by co-precipitation. Their dissolution also contributes to the increase of soil pH, leading to an increased retention of metals on soil particles. Biochar alters the transfer of metals to the plants by decreasing the availability of metals, but also by decreasing the mobility of major cations and by modifying root surface. A decrease of metal transfer to the shoots was generally observed with Lolium perenne or Zea mays, while an increase of the uptake of Cd and Zn by the hyperaccumulator Noccaea caerulescens was evidenced. In conclusion, biochar controls the mobility of metals in soil-plant systems through a range of different mechanisms. From a practical point of view, biochar promotes both strategies of phytostabilization and phytoextraction of metals in contaminated soils

La phytoextraction représente une solution environnementale prometteuse face au problème de contamination des sols en éléments traces (É.T). La présente étude s’intéresse aux différences intra et interspécifiques (S. purpurea, S. dasyclados, S. miyabeana) de trois cultivars de saule lorsqu’ils sont utilisés pour la phytoextration de six É.T. (As, Cd, Cu, Ni, Pb et Zn). Les objectifs sont (i) décrire les variations intrapécifiques du cultivar FISH CREEK (S. purpurea) lorsqu’il est utilisé pour la phytoextraction sur deux sites d’étude; et (ii) décrire les variations intra et interspécifiques des cultivars FISH CREEK (S. purpurea), SV1 (S. dasyclados) et SX67 (S. miyabeana) lorsqu’ils sont utilisés pour la phytoextraction d’un site d’étude. Les indicateurs de variations intra et interspécifiques sélectionnés sont les suivants : la biomasse totale, les concentrations en É.T. extraits et les facteurs de translocation (x ̅ pondérée des conc. É.T. dans les parties aériennes / conc. É.T. dans les racines). La contribution des propriétés du sol (degré de contamination, caractéristiques physicochimiques) à la phytoextraction a été évaluée. Les cultivars ont présenté des variations interspécifiques significatives. Cependant, les variations intraspécifiques sur un site d’étude étaient parfois plus importantes que celles mesurées entre les trois différents cultivars. L’amplitude des variations intraspécifiques que présentent le cultivar FISH CREEK sur deux sites d’étude est attribuée à l’influence du pH, de la minéralogie et au contenu en matière organique, lesquelles diffèrent entre les deux sites. Il a aussi été démontré que la phytoextraction des É.T. n’était pas systématiquement corrélée de façon positive avec le degré de contamination. Cela suggère que les concentrations en É.T. mesurées dans le sol ne peuvent pas expliquer à elles seules la variation des concentrations mesurées dans les tissus. L’implication des mécanismes de rétention dans le sol semblent être davantage responsable des variations observées. La compartimentation des É.T. suggère que le saule est efficace pour l’extraction du Cd et du Zn et qu’il est efficace pour la phytostabilisation de l’As, du Cu, du Ni, et du Pb. En ce qui concerne les quantités extraites, le cultivar FISH CREEK semble le plus performant dans la présente étude. / Phytoextraction is a promising solution to the environmental problem of soil contamination by trace elements (TE). This study focuses on intra and interspecific differences (S. purpurea, S. dasyclados, S. miyabeana) of three willow cultivars used for phytoextration of six TE (As, Cd, Cu, Ni, Pb and Zn). The objectives are (i) describe the interspecific variations of FISH CREEK cultivar (S. purpurea) used for phytoextraction on two study sites; and (ii) describe intra and interspecific variations of FISH CREEK (S. purpurea) SV1 (S. dasyclados) and SX67 (S. miyabeana) cultivars used for phytoextraction of a study site. The selected indicators of intra and interspecific variations are : total biomass, TE concentrations extracted and translocation factors (x ̅ weighted TE conc. in aerial parts / conc. TE in the roots). The contribution of soil properties (contamination level, physicochemical characteristics) to phytoextraction was evaluated. The cultivars showed significant interspecific variations. However, intraspecific variations were sometimes more important than variations measured between the three different cultivars grown on one study site. The magnitude of intraspecific variations of FISH CREEK cultivar grown on two study sites is attributed to the influence of pH, mineralogy and organic matter content, which differ between the two sites. It was also shown that the phytoextraction of TE was not consistently correlated positively with the contamination level. This suggests that the TE concentrations measured in soil can not by themselves explain the variation in the measured tissue concentrations. The involvement of retention mechanisms in soil appear to be more responsible for the observed variation. ET compartmentalization suggests that the willow is effective for Cd and Zn extraction and is effective for As, Cu, Ni, and Pb phytostabilisation. Regarding the amount extracted, cultivar FISH CREEK seems the most effective cultivar in this study.

Les sols de cokerie sont très hétérogènes, composés de matériaux de construction et de diverses phases organiques telles que du coke, du charbon, du goudron de houille et du bitume routier, jouant un rôle majeur sur les propriétés de ces sols. Leur nature et leur état de dégradation vont influencer la mobilité des différents contaminants. Cette thèse porte sur l’étude du vieillissement d’un sol de cokerie et ses conséquences sur le devenir des polluants organiques et métalliques. Elle intègre des études réalisées à différentes échelles permettant de considérer différents degrés de complexité, par l’utilisation (i) de composés purs, de matériaux organiques isolés (charbon, goudron de houille)et de sols et (ii) de dispositifs intégrant progressivement les différents processus intervenant lors de l’atténuation naturelle : expériences d’oxydation et de biodégradation en laboratoire, dispositif simplifié permettant de suivre l’évolution naturelle de quelques grammes d’échantillon, parcelles lysimétriques du GISFI permettant un suivi à l’échelle du terrain. Deux schémas de dégradation ont été identifiés au cours des expériences en laboratoire : (i) l’oxydation conduit à un phénomène de condensation qui suggère une stabilisation du compartiment organique ; (ii) la biodégradation induit la formation de plus petites unités moléculaires et la libération de composés organiques présents dans la fraction organique insoluble. Si des tendances sont identifiées au cours des expériences d’atténuation naturelle, elles suggèrent plutôt que le processus majeur impliqué est la biodégradation. La sorption du cuivre est variable selon les constituants organiques considérés, et augmente significativement après les expériences d’altération / Coking plant soils are highly heterogeneous and are made of building materials and various organic constituents such as coke, coal, coal –tar and road asphalt. Those materials can strongly influence soil properties. Thus, the retention of the various contaminants will depend on the nature and the degradation of the soil organic constituents. This work deals with the ageing of a coking plant soil and its consequences on the fate of both organic and metallic pollutants. The multi-scale approach applied in this study allows to consider the different levels of complexity through the use of (i) pure compounds, isolated organic fraction of soils such as coal tar and coal and a soil with its mineral fraction, and (ii) experimental devices gradually integrating the processes involved in natural attenuation : laboratory oxidation and biodegradation experiments, simplified device allowing the study of few grams of samples exposed to natural attenuation, and the GISFI (French Scientific Interest Group – Industrial Wasteland) lysimeter plots allowing the study at field scale). Two major evolutions were evidenced: (i) the oxidation led to a condensation suggesting a stabilization process of the organic compartment; (ii) the biodegradation induce the formation of smaller molecular units and the release of organic compounds from the non extractable part of the organic matter. The trends identified during the natural attenuation experiments suggest that the biodegradation is the major process involved in our ageing experiments. The sorption of copper varied according to the different organic constituents that were tested but was clearly enhanced by the degradation of these constituents

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques largement répandus dans l’environnement. Ils sont très fréquemment détectés dans les sols et sont principalement le produit d’une combustion incomplète de la matière organique. Etant toxiques et cancérigènes, de nombreuses études portant sur leur élimination des sols ont été massivement effectuées au cours des dernières années. Parmi tous les traitements disponibles pour traiter des sols contaminés par les HAP, les approches biologiques sont prometteuses car elles ont un impact limité, voire nul sur l’environnement. Cependant, leur efficacité est étroitement dépendante de nombreux facteurs difficiles à contrôler. L’objectif de cette thèse a été d’obtenir une connaissance plus précise concernant la dépollution biologique de sols contaminés par des HAP, en définissant à travers une série d‘expériences, les conditions les plus appropriées pour leur élimination principalement en termes de caractéristiques physiques et chimiques du sol, de la structure des HAP et leurs concentrations, la densité et la composition microbienne, le pH et l’humidité du sol et la disponibilité des nutriments. Les expériences réalisées dans cette thèse, sont basées sur le compostage de déchets organiques avec des sols contaminés par des HAP. L’ajout de matière organique vise à promouvoir la dégradation biologique simultanée des HAP et des déchets organiques frais en conditions contrôlées. Les résultats attendus de cette approche sont la dégradation des polluants en composés moins nocifs, en raison de la stimulation de l’activité des micro-organismes présents dans le sol ainsi que dans les déchets organiques apportés. Dans le but de comprendre l’influence des facteurs précédemment mentionnés, les expériences ont été menées sur un sol synthétique, artificiellement contaminé, ainsi que sur un sol contaminé provenant d’un site industriel identifié comme pollué par des HAP. Quatre types de déchets organiques frais ont été sélectionnés pour être ajoutés au sol artificiellement contaminé par des HAP. Les résultats ont montré que les boues activées étaient l’amendement organique le plus efficace par rapport au fumier de bufflonnes, aux déchets de cuisine et aux déchets organiques à base de légumes. Un taux d’élimination des HAP totaux supérieur à 60% a été atteint avec les boues activées. En outre, cette série d’expériences a prouvé que les conditions mésophiles étaient plus favorables que les conditions thermophiles, mais également que la teneur en azote, l’importance de la fraction soluble et les teneurs en protéines sont très importantes pour l’élimination des HAP. Sur la base de ces résultats, une série d’expériences a été menée sur un sol historiquement contaminé en apportant des quantités différentes de boues activées (ratio massique sol contaminé : boues activées variant de 1:2, 1:1 , 1:0,5 à 1:0). Contrairement aux résultats obtenus avec le sol artificiel, pour un sol naturellement contaminé, les amendements à base de boues activées n’ont pas stimulé l’élimination de HAP. Les meilleurs résultats ont été obtenu pour le sol non amendé par les boues activées (un rendement d’élimination des HAP totaux de 32% a été atteint en l’absence de boues activées, tandis qu'en présence d’un amendement à base de boues activées les meilleurs résultats ne dépassent pas 14% d’élimination des HAP totaux), cela prouve que la stimulation de micro-organismes pouvant dégrader les HAP est un facteur clé pour le succès du processus de dépollution biologique dans des conditions environnementales favorables / Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are organic pollutants widely distributed in the environment and very frequently detected in soils as they are mainly produced from an incomplete combustion of organic matter at high temperature. They are toxic and even carcinogenic, therefore their removal from soils has been massively studied in the past years. Among all treatments suitable for treating soils contaminated by PAHs, biological ones are promising and challenging as they have a low or even no impact on the environment as well as their efficiency is tightly dependent on many factors not easy to control. The objective of this thesis has been to get more accurate knowledge on bioremediation of PAHs contaminated soils, by defining, through a series of experiments, the most suitable conditions for their biological remediation mainly in terms of physical and chemical soil characteristics, PAHs type and concentration, microbial density and composition, pH value, moisture content and availability of nutrients. The bioremediation experiments carried out in this thesis are based on landfarming as well as composting soil treatments and aimed at promoting the simultaneous biodegradation of PAHs and fresh organic wastes under controlled conditions. The expected result of this approach has been the conversion of organic pollutants into less harmful compounds, due to the activity of the microorganisms present in soil as well as in the organic waste added to soil. With the aim of deeply understanding the influence of the aforementioned factors on the bioremediation of PAHs contaminated soil, experiments were conducted on a synthetic soil, artificially contaminated, as well as on a real contaminated soil. In details, four different types of fresh organic waste were selected to be added to PAHs artificially contaminated synthetic soil and the results showed that centrifuged activated sewage sludge (SS) was the most effective organic amendment compared to buffalo manure (BM), food and kitchen waste (FKW) and fruit and vegetable waste (FVW). The removal efficiency of total PAHs reached with SS was actually a little higher than 60%. Furthermore, this set of experiments proved that mesophilic conditions were more performing than thermophilic conditions, as well as the content of nitrogen, soluble fraction and proteins played an important role in the PAHs removal. Based on the previous results, the next set of experiments was conducted on a real contaminated soil amended with different amounts of centrifuged activated SS (e.g. contaminated soil to SS mass ratios were 1:2, 1:1, 1:0.5 and 1:0 as wet weight basis). In contrast to results obtained with synthetic soil, in a real contaminated soil, SS amendment resulted in being not beneficial to PAHs removal. The best results were actually achieved where no SS was added (total PAHs removal efficiency of 32%, whereas with SS the best results showed a value of 14%), proving that the adaptation of microorganisms to PAHs is the key factor for the success of the bioremediation process coupled with setting favorable environmental conditions

Les conséquences des activités industrielles passées, et notamment métallurgiques, persistent encore aujourd'hui. C'est le cas dans l'actuel Parc National des Calanques, qui abrite l'ancienne fonderie de plomb de l'Escalette (sud-est de Marseille). Ainsi, plus de 80 ans après la fermeture de cette usine, une contamination importante et étendue en éléments traces métalliques et métalloïdes (ETMM) est présente. Les objectifs de cette thèse ont été de contribuer à l'évaluation de la contamination diffuse en ETMM des sols des Calanques situés aux alentours du site industriel abandonné de l'Escalette. Dans un but futur de restauration écologique, solution adaptée dans le contexte particulier de la zone de pollution diffuse, située dans le Parc National des Calanques, les capacités d'accumulation et les mécanismes de tolérance d'une espèce autochtone, le romarin (Rosmarinus officinalis) ont été étudiés. Ainsi, cette étude a permis de mettre en évidence quelques mécanismes de tolérance aux ETMM certainement mis en jeu dans le cas du romarin. Les résultats montrent que le romarin pourrait être un candidat intéressant pour la phytostabilisation aux vues de sa capacité d'accumulation des ETMM dans les racines, ainsi que sa résistance à des niveaux de contamination très élevés. / Past industrial activities, particularly metallurgical one, have current environmental consequences. As an example, the former lead smelter from l'Escalette (South-East Marseille, France) in the National Park of Calanques lead to an important environmental pollution of its surroundings. Thus, more than 80 years after its activity ceased, a trace metal and metalloide (TMM) diffuse pollution is still present. This PhD study aimed to contribute to the assessment of the diffuse contamination levels by TMM of the Calanque's soils around the former lead smelting factory. Aiming at identifying an adapted solution of ecological restoration of the areas with diffuse pollution located in the National Park of Calanques. Accumulation abilities and tolerance mechanisms of a native plant species, rosemary (Rosmarinus officinalis), were studied. In order to achieve this, in situ and ex situ assays were performed. TMM concentrations in rosemary organs (leaves, stems, roots) and some stress phytometabolites were assessed. Moreover, the role of mycorrhizal symbioses in rosemary tolerance was evaluated.

Les sols contaminés par les éléments traces potentiellement toxiques (PTTE) ont souvent des conséquences graves pour les écosystèmes terrestres. Plusieurs options de phytoremediaction ont été développées pour remédier les sols contaminés ; cependantl'efficacité et la capacité de ces techniques à réduire les concentrations excessives des éléments traces ou leur (phyto) disponibilité dans les sols contaminés doivent être évaluées Le présent travail s’est intéressé à étudier l'efficacité de deux options de de phytorémédiation, la phytostabilisation et la phytoextraction assistées par des amendements organiques et minéraux, à remédier les fortes concentrations de PTTE dans un sol naturel et dans un technosol contaminés. Les concentrations totales des éléments traces dissous ont été déterminées dans l'eau interstitielle du sol. L'intensité de l'exposition du sol a été évaluée par des capteurs DGT (gradient de diffusion dans les couches minces). Le phytodisponibilité des PTTE a été caractérisée par des tests de germination avec des haricots nains cultivés sur les sols contaminés pour lesquels les concentrations foliaires en éléments traces ont été déterminées. Ensuite un modèle de réseau de neurones artificiels a été appliqué pour comprendre les facteurs les plus pertinents sur la variabilité de la phytodisponibilité des PTTE. Les deux options ont étécapables de réduire les concentrations ou la phytodisponibilité des PTTE en présence des amendements. Les réseaux de neurones artificiels ont été très efficaces pour prédire les résultats manquants et pour déterminer les paramètres de contrôle de la variabilité de la phytodisponibilité des PTTE à partir des paramètres du sol. / Soils contaminated with potentially toxic trace elements (PTTE) often have serious consequences for terrestrial ecosystems. Several phytoremediaction have been developped to reclaim contaminated soils; however the efficiency and capacity of these techniques to reduce excessive concentrations of trace elements or their (phyto) availability in contaminated soils have to be assessed. The present work is focused on studying the effectiveness of two phyoremediation options such as phytostabilisation and phytoextraction assisted by organic and inorganic amendments to remediatethe high concentrations of PTTE in contaminated natural soils and technosoils. Total PTTE concentrations were determined in soil pore water (SPW) sampled by Rhizon soil moisture samplers. The soil exposure intensity was assessed by DGT (diffusive gradient in thin films) probes. The PTTE phytoavailability was characterized by growing dwarf beans on potted soils and analyzing their foliar PTTE concentrations. Then a model of artificial neural network was applied to understand the factors most relevant for the variability on the phytoavailability of trace elements. Both options were found to be able to reduce the concentrations or phytoavailability of PTTE in the presence of amendments. The artificial neural network has been very effective to predict missing results and to determine the control parameters of the variability of the PTTE phytoavailoability from the soil parameters.

La pollution des sols par les Eléments Traces Métalliques est un problème majeur car, contrairement aux autres milieux, le sol possède une plus faible capacité à s'épurer. Les différents modèles empiriques exprimant la solubilité et le coefficient de distribution Kd de ces polluants inorganiques dans les sols ne tiennent pas compte de l'influence des facteurs environnementaux. Le travail de thèse a consisté à étudier l'effet de facteurs environnementaux, dits « sensibles au changement global », sur la mobilité de Cd, Pb, Zn, As et Hg dans les sols, à l'aide d'un plan factoriel fractionnaire 2^(4-1). Onze échantillons de sol représentatifs de 3 sites d'études industriels et agricoles des bassins de la Meuse et de l'Ebre ont été étudiés dans le cadre du projet européen AQUATERRA. Le comportement de As n'est pas significativement corrélé à la nature intrinsèque des échantillons de sol mais à l'augmentation de la température et à une condition anoxique. Ces facteurs stimulent les activités microbiennes de solubilisation de As tels que réduction dissolutive microbienne des oxyhydroxydes de Fe et la réduction de As(V). La forte implication de l'activité microbienne permet de modéliser la mobilité de As en fonction des facteurs environnementaux, pour l'ensemble des 11 échantillons de sol. A l'inverse, le comportement de Cd, Pb et particulièrement Zn, est très significativement corrélé à la nature des échantillons de sol et notamment le pH du sol. Enfin, la phytodisponibilité de Cd, Pb, Zn et As a été estimée, à l'aide d'un système à compartiment, et modélisée de manière empirique, afin de permettre une meilleure compréhension des phénomènes de transfert sol-plante.

Les sols contaminés par les éléments traces potentiellement toxiques (PTTE) ont souvent des conséquences graves pour les écosystèmes terrestres. Plusieurs options de phytoremediaction ont été développées pour remédier les sols contaminés ; cependantl'efficacité et la capacité de ces techniques à réduire les concentrations excessives des éléments traces ou leur (phyto) disponibilité dans les sols contaminés doivent être évaluées Le présent travail s'est intéressé à étudier l'efficacité de deux options de de phytorémédiation, la phytostabilisation et la phytoextraction assistées par des amendements organiques et minéraux, à remédier les fortes concentrations de PTTE dans un sol naturel et dans un technosol contaminés. Les concentrations totales des éléments traces dissous ont été déterminées dans l'eau interstitielle du sol. L'intensité de l'exposition du sol a été évaluée par des capteurs DGT (gradient de diffusion dans les couches minces). Le phytodisponibilité des PTTE a été caractérisée par des tests de germination avec des haricots nains cultivés sur les sols contaminés pour lesquels les concentrations foliaires en éléments traces ont été déterminées. Ensuite un modèle de réseau de neurones artificiels a été appliqué pour comprendre les facteurs les plus pertinents sur la variabilité de la phytodisponibilité des PTTE. Les deux options ont étécapables de réduire les concentrations ou la phytodisponibilité des PTTE en présence des amendements. Les réseaux de neurones artificiels ont été très efficaces pour prédire les résultats manquants et pour déterminer les paramètres de contrôle de la variabilité de la phytodisponibilité des PTTE à partir des paramètres du sol.