Centre Européen
de Recherche et d'Enseignement
des Géosciences de l'Environnement

Dynamique, cycle et traçage dans les écosystèmes

Animation : Blanche Collin, Zuzana Fekiacova

Les recherches menées visent à comprendre la dynamique, le cycle et les impacts des éléments organiques et inorganiques dans les différents compartiments de l’environnement (eau, sol, atmosphère). Une attention particulière est portée aux interactions entre contaminants et biota (plantes, microorganismes, homme) afin de caractériser entre autres les impacts (éco)toxicologiques. A une échelle temporelle et spatiale plus large, c’est l’évolution des sols sous diverses contraintes qui est étudiée.

Impact des contaminants sur l’Homme et l’Environnement

Les recherches menées dans l’équipe visent à caractériser les mécanismes bio-physico-chimiques d’(éco)-toxicité des polluants afin de pouvoir limiter les risques. L’équipe est reconnue internationalement pour ses travaux sur l’identification et le traçage des polluants métalliques et la compréhension des mécanismes bio-physico-chimiques de toxicité sur l’Homme et l’Environnement (projets FP7-NanoREG2 2015-18; NSF-CEINT 2008-18). 

Nous mettons l’accent sur l’origine, le comportement, et l’impact des polluants métalliques dans le sol, l’eau, et l’atmosphère (projets Labex DRIIHM-GARDAL 2017-18, H2020-Cofund-Nanoreprotox 2017-20), les risques associés aux contaminants (nano)particulaires et/ou transportés par des (nano)particules. Des mésocosmes aquatiques, terrestres, et des bioréacteurs pilotes sont utilisés afin d’étudier des voies d’exposition directes (e.g. activités industrielles, dégradation de matériaux au cours de leur cycle de vie) (projet ANR-CITTOXIC 2014-18, projet H2020-TRANSAT 2017-20) et indirectes via les stations de traitement des eaux (épandage) (projet Labex SERENADE-NanoSTEP 2016-18). Nous évaluons également les effets biologiques suite à l’exposition à des cocktails de polluants émergents, ainsi que le développement de l’antibiorésistance en présence de métaux au sein des déchets organiques.

L’impact environnemental du recyclage agricole des déchets organiques est étudié grâce à des dispositifs expérimentaux de longue durée (SOERE PRO). Ces essais agro-environnementaux pérennes, dont certains en lien avec les pays du Sud, permettent d’étudier le cycle des contaminants (in)organiques et microbiens. Le couplage entre spectroscopie et isotopie est mis en œuvre afin de mieux contraindre le cycle biogéochimique des métaux dans les sols cultivés.

Les projets

Biodisponibilité et biotransformation des métaux et métalloïdes

L’accent est mis sur le rôle du biota dans le devenir des métaux et métalloïdes au sein des cycles biogéochimiques. En effet, faune, flore, minéraux et matière organique sont en action-rétroaction permanente et influent sur la dynamique des éléments qu’ils soient sous forme nanoparticulaires, de complexes organiques, ou dissous. Grâce aux mésocosmes, nous étudions la biodégradation de divers matériaux (e.g. ciments, peintures) et déchets (e.g. organiques), le relargage potentiel de contaminants et leur transfert dans les organismes aquatiques ou terrestres. Les transferts sol-plante des contaminants sont étudiés grâce à des essais de longue durée (SOERE PRO) afin d’évaluer l’impact des pratiques de recyclage agricole de déchets organiques sur la contamination de la chaine alimentaire. Un accent est mis sur le rôle des exsudats racinaires et microbiens.

Nos actions sur le silicium se poursuivent principalement sur des problématiques liées à l’agriculture et les sols des pays du Sud (Liban, Inde, Viet Nam, Kenya). Les questions abordées concernent l’impact des cultures sur les réserves en Si biodisponible, le traçage des sources de Si des plantes (isotopes du Si et Ge), le rôle des phytolithes dans le développement des plantes soumises à des stress environnementaux (i.e. sècheresse, contaminant tel que As), et l’évolution dans le temps du statut du Si des sols cultivés/forestiers par la modélisation mécaniste (projet ANR-BioSiSOL 2014-18).

Les projets

Dynamique des matières organiques et cycle du C

Le groupe a une expertise reconnue dans la quantification du renouvellement du C organique des sols par traçages isotopiques naturels (13C et 14C), aux échelles du temps du millénaire à l’année. Notre objectif est d’analyser et modéliser la dynamique du C le long du profil de sol, notamment de mettre en évidence et quantifier l’effet de l’interaction organo-minérale sur la stabilisation du C, les processus de transport vertical, l’impact du changement climatique (précipitations), du changement d’usage et de pratiques sur le C des écosystèmes. L’analyse isotopique des composés spécifiques et des fractions organo-minérales associée à l’analyse de la localisation 3D à nanoéchelle sont développées. Cette activité est menée conjointement avec l’équipe Climat du CEREGE. 

Les projets

Pédogenèse sous contraintes anthropiques et climatiques

Les travaux sur la pédogenèse des sols sous contraintes climatiques et anthropiques concernent les simples changements d’usage jusqu’à l’artificialisation. Les approches visent à quantifier les évolutions et les cinétiques : par pédologies de terrain ou expérimentales, modélisation, traçages isotopiques (projet ANR-RECA 2018-22). 

L’équipe renforce ses approches numériques mécanistes et statistiques (projet ERANET-MED SoilClim 2017-19). L’objectif est de prédire l’évolution des sols à moyen et long terme pour des échelles spatiales allant du profil au monde. Des chantiers ancrés dans les problématiques régionales, sont mis en œuvre notamment sur les sols fortement anthropisés, urbains et péri-urbains qui représentent des enjeux très importants à l’échelle des territoires en mutation (projet ADEME MUSE). Ces sols présentent des dynamiques spécifiques qu’il convient d’identifier (typologie, impacts physico-chimiques, cinétique de pédogenèse, potentiel d’usage ou de restauration) afin de les prendre en compte dans les aménagements durables.

Les projets