doc/these_ademe_2011_120411

UNIVERSITE DE LIMOGES
IFR 145 GEIST - EA 4330 GRESE « Groupe de
Recherche Eau Sol Environnement »
FST - 123, Avenue Albert Thomas
87060 - LIMOGES CEDEX - FRANCE
Titre du projet : Conséquences de la mobilité des métaux émis par d’anciens sites miniers sur la
qualité des sédiments (As, Cd, Cu, Pb, Sb et Zn) : importance des apports anthropiques par rapport
au fond géochimique naturel
Disciplines concernées / profil recherché : Minéralogie, cristallochimie, sciences de
l’environnement / Géologue, géochimiste (MASTER Sciences de la Terre ou MASTER chimie de
l'environnement)
Université d’inscription : Université de Limoges, Faculté des Sciences et Techniques, 123 avenue
A. Thomas 87060 Limoges cedex
Ecole doctorale : Sciences pour l’Environnement « Gay-Lussac » ED 523
Laboratoire d’accueil principal : Laboratoire GRESE (Groupe de Recherche Eau, Sol,
Environnement) EA 4330, FST de Limoges
Collaboration avec l’Institut des Sciences de la Terre d’Orléans - ISTO, UMR 6113, UFR Sciences et
Techniques - Parc de Grandmont - 37200 TOURS
Encadrement : Alexandra Courtin-Nomade (MCF, Univ. Limoges) [email protected]
Hubert Bril (Pr, HdR, Univ. Limoges) [email protected]
Cécile Grosbois (MCF, Univ. Tours) [email protected]
Résumé du projet : Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet plus large portant sur les
« Conséquences de la mobilité des métaux émis par d’anciens sites miniers sur la qualité des
sédiments et impacts biologiques ». Ces activités de recherche font partie des préoccupations
actuelles de l’ADEME relatives aux « impacts des pollutions des sols, évaluation environnementale
des déchets et gestion durable des sols » visant à « améliorer la connaissance des déchets et à évaluer
l’impact environnemental de leurs processus de gestion / élimination ».
Drainé dans ses parties nord et centre par la Loire et ses affluents, le Massif central est la plus
importante des régions minières françaises. Les exploitations, actives pour certaines jusqu’à la fin du
XXème siècle, ont laissé des quantités de déblais (haldes) riches en éléments métalliques
potentiellement toxiques (EPT) dont une partie, mobilisée par l’érosion, parvient sous forme
dissoute ou particulaire jusqu’aux rivières. Ce travail de thèse vise à comprendre l’impact des
sites miniers sur la contamination en métaux ou métalloïdes par l’identification des processus
de remobilisation et l’importance de ces apports anthropiques par rapport au bruit de fond
géochimique naturel. Ce travail permettra donc de répondre aux objectifs de l’ADEME portant sur
la compréhension « des processus de biodisponibilité, de comportement physico-chimique des
polluants, de l’interaction des polluants avec le sol, l’eau et le vivant […] » et sur la « caractérisation et
interprétation du bruit de fond naturel et anthropique des polluants ». L’étude se situe en HauteLoire (district minier de Langeac - Brioude-Massiac et ses environs) dont certaines zones sont
connues pour présenter des contextes naturels anomaliques en As, Pb et Sb. L’étude de ces sites
miniers permettra de caractériser les zones sources des contaminants et de mieux comprendre les
mécanismes de relargage vers les sédiments situés à l’aval. En effet, les sédiments peuvent être
retenus par des ouvrages anciens (seuils, ponts, digues, petits barrages…) et peuvent à leur tour
représenter un stockage secondaire de contaminants. Nous nous proposons d’analyser la capacité de
rétention des EPT dans ces sédiments stockés et, de la même manière que pour les haldes (zones
sources primaires), leur potentiel de relargage vers l’aval et ce d’autant plus qu’une réflexion est
avancée sur le possible arasement de certains de ces ouvrages dans le cadre du Grenelle de
l’Environnement.
Ce travail reposera sur une approche pluridisciplinaire et intégrative à toutes les échelles. Basé sur
des outils analytiques complémentaires et une approche paramétrée en laboratoire, il a pour but
1d’identifier les zones sources des anomalies géochimiques mesurées dans ces secteurs en
étudiant des contaminations polymétalliques souvent associées à des contextes miniers (As,
Cu, Cd, Pb, Sb, Zn)
2d’évaluer le transport des EPT vers les sédiments
3d’estimer la potentialité de relargage des haldes et des sédiments accumulés à
proximité des ouvrages.
4d’évaluer la part de limitation naturelle des risques liés à la mobilité des EPT au sein des
sédiments
Pour ce faire il est nécessaire de caractériser la spéciation des phases solides inorganiques. En
effet, la migration, la biodisponibilité et la toxicité des EPT dépend à la fois de la forme
minéralogique dans laquelle ils se trouvent et des conditions du milieu. L’utilisation de moyens
analytiques permettant des caractérisations à l’échelle micrométrique (microscopie électronique,
micro-spectrométrie Raman, sources à rayonnement synchrotron…) sera privilégiée. Une
identification des sources (naturelles et anthropiques) des EPT sera proposée avec un modèle général
de compréhension des mécanismes d’altération. Cela permettra de prédire le piégeage des EPT ou
leur remobilisation dans l’environnement, sous forme dissoute ou particulaire. Des techniques de
spéciation chimique par extractions sélectives et séquentielles ainsi que des tests de lixiviation en
conditions contrôlées viendront conforter les résultats de la caractérisation physique dans l’évaluation
de la stabilité des phases piégeant les EPT.
Financement : ADEME, co- financement : Région Limousin