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Dernière mise à jour : Mai 2018

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valOr PRO : valorisation agricole des Produits Résiduaires Organiques SOERE PRO

Modélisation du devenir des HAP, provenant de composts amendés dans le sol, en fonction de l'origine de la matière organique exogène

Khaled Brimo (a,b,c), Stéphanie Ouvrard (b), Sabine Houot (a), François Lafolie (d), Patricia Garnier (a)

Brimo & al., 2018
Science of The Total Environment, 616–617, (2018), Pages 658-668

Le recyclage des résidus organiques compostés dans les sols est une pratique de plus en plus utilisée en agriculture. Il aide à prévenir la perte de fertilité du sol en restaurant sa teneur en matière organique et en améliorant ses propriétés physiques [1]. Cependant, certains polluants organiques, parmi lesquels des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), peuvent être présents dans les matières premières de ces composts, ce qui présente un risque de contamination des sols lors de leur recyclage dans les zones agricoles [2]. Il est particulièrement important de comprendre la dissipation des HAP ajoutés au sol avec les résidus organiques compostés. En effet, l'impact du processus de compostage et de la qualité finale des composts sur le devenir des HAP dans le sol, en fonction de leurs propriétés physico-chimiques, est mal connu. Cette étude présente un nouveau modèle capable de simuler le devenir des (HAP) pendant et après l’ajout du compost dans le sol agricole.

Résultats majeurs

Ce modèle associe des modules décrivant les processus physiques, biologiques et biochimiques impliqués dans la dynamique des HAP dans les sols, ainsi qu'un module décrivant la dégradation du compost entraînant la libération de HAP. Cette étude avait trois objectifs:

  • Utiliser une approche expérimentale pour étudier l’impact de la qualité du compost (pour trois composts composés de déchets verts et de boues de boues, de compost de déchets biologiques et de compost de déchets solides municipaux) sur le devenir des HAP avant application (dans les composts) et après application dans le sol. Pour cela, trois HAP marqués au 14C ont été utilisés (phénanthrène, PHE, fluoranthène, FLT et benzo (a) pyrène, BAP)
  • Proposer un nouveau modèle couplé pour étudier la dynamique des HAP dans les systèmes de mélange sol-compost, qui permette d’expliquer sur le devenir des HAP lors de la décomposition du compost dans le sol en fonction du type d'amendements organiques
  • Calibrer le modèle avec les données expérimentales et comparer la cinétique de la minéralisation (figure 1) et de la dissipation pour chaque HAP en fonction de la qualité du compost
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Figure 1 : cinétique de la minéralisation du phénanthrène en fonction des 3 types de compost

Le modèle a été calibré à partir d'incubations en laboratoire utilisant les trois HAP marqué au 14C et les trois composts différents (deux composts matures et un non matures) (figure 2).

fig.2 Brimo 2018

Figure 2: (a) Schématisation des expériences d'incubation sur 83 jours. Il y a eu trois séries d'incubation : ❶ compost pur, ❷ mélanges sol-compost et  ❸ contrôle de sol non amendé. Pour chacune des première et seconde incubations, trois composts différents ont été incubés indépendamment: GWS, MSW et BioW. Chaque incubation a été réalisée avec chacun des polluants marqués (PHE, FLT et BAP). Toutes les incubations ont été effectuées en triplicat. (b) Un aperçu schématique de la méthodologie de modélisation. Il y a eu 83 jours de simulation pour les données de la série ❶ (3 traitements correspondant à 3 composts) afin de déterminer le rapport de masse entre le biogène, les HAPB et les HAP physiques, avec des résidus non extractibles au 28e jour d'incubation, qui était le premier jour  d’incubation pour les mélanges compost-sol. Le modèle a été exécuté simultanément en mode d'étalonnage sur 55 jours et 83 jours, en utilisant les données de la série ❷ (3 traitements correspondant à 3 sols modifiés) et les données de la série (sol témoin non amendé) afin de déterminer l'ensemble de distribution des paramètres du modèle pour chaque HAP.

Les résultats obtenus montrent notamment que les processus survenus avant l'application du compost sur le sol ont fortement influencé le devenir des HAP dans le sol. La dissipation des HAP au cours de l’incubation du compost était plus élevée dans les composts matures en raison de la plus grande activité microbienne spécifique, tandis que la dissipation des HAP dans les sols amendés était plus élevée dans le compost non mature en raison de la plus grande disponibilité de HAP et activité microbienne métabolique. Enfin, le modèle calcule la proportion de résidus biogènes et physiquement liés aux HAP.

Cliquer ici pour accéder à l'intégralité de l'article

References:

1. Tejada, M., Hernandez, M.T., Garcia, C., 2009. Soil restoration using composted plant residues: Effects on soil properties. Soil Tillage Res. 102 (1), 109–117.

2. Brändli, R.C., Bucheli, T.D., Kupper, T., Furrer, R., Stadelmann, F.X., Tarradellas, J., 2005. Persistent organic pollutants in source-separated compost and its feedstock materials–a review of field studies. J. Environ. Qual. 34 (3), 735–760.

Affiliations

a UMR EcoSys, INRA, AgroParisTech, Université Paris-Saclay, 78850 Thiverval-Grignon, France

b UMR Laboratoire Sols et Environnement, INRA, Université de Lorraine, 54518 Vandoeuvre-lès-Nancy, France

c Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie, 20 avenue du Grésillé, BP 90406, F-49004 Angers Cedex 01, France

d UMR EMMAH, INRA, UAPV, 84914 Avignon 9, France