Spéciation, transfert vers les végétaux et approche toxicologique des émissions atmosphériques d'une usine de recyclage de plomb, Speciation, plant transfer and toxicological approach for atmospheric fallout from a lead-recyvling plant
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Thèse soutenue le 30 octobre 2009: INPT
Depuis la révolution industrielle en Europe (XIXe siècle), les nombreuses activités anthropiques ont provoqué des changements environnementaux globaux considérables. La composition de l'atmosphère terrestre en particulier, a été fortement modifiée par l'émission de polluants gazeux et particulaires. Actuellement, l'industrie métallurgique de seconde fusion contribue de façon significative aux émissions atmosphériques de métaux. C'est pourquoi ce travail de thèse s'est focalisé sur l'étude des transferts et impacts sur les sols, les végétaux et l'homme, des particules émises par le procédé de recyclage du plomb en relation avec leurs propriétés physico-chimiques. Trois sources principales d'émissions de particules ont été identifiées dans le procédé du recyclage du plomb et caractérisées en vue d'étudier les impacts potentiels sur les cibles végétales et humaines. Les particules échantillonnées (postes de travail et émissions canalisées) et ségréguées en fonction de leur taille (PMtot, PM10 et PM2,5) sont principalement composées de métaux (jusqu'à 50% en masse de la composition totale en métaux de transition, alcalins et alcalino-terreux), avec une majeur partie de plomb (25-45 %). Les spéciations majoritaires du plomb sont la galène (PbS), le sulfate du plomb (PbSO4) ou dérivés (xPbO.PbSO4 x=1,2 ou 3). L'étude du transfert des particules dans le sytème sol-plante a montré que, lorsque la taille des particules de process présentes dans le sol diminue (de 10µm à 2.5µm), le tranfert du plomb vers les parties aériennes des salades augmente de 20%. Le transfert foliaire de plomb issu des particules de process a été mis en évidence et des mécanismes d'absorption.ont été proposés. Enfin, l'étude exploratoire des particules riches en plomb sur la santé humaine a permis de montrer que la diminition de la taille des particules ingérées augmentait la bioaccessibilité gastrique du plomb. Dans le cas de l'inhalation, il a été démontré que les particules n'induisaient pas de cytotoxicité jusqu'à 50µg/cm2, mais provoquaient une réponse inflammatoire dose-dépendante des cellules épithéliales pulmonaires.
-Plomb
-Métaux
-PM10
-PM25
-Emissions atmosphériques
-Spéciation
-Lactuca Sativa
-Transfert sol-plante
-Transfert foliaire
-Cytotoxicité
-Inflammation
-Bioaccessibilité
Since the Industrial Revolution in Europe (XIXe century), human activities have caused significant global environmental changes. The composition of the atmosphere in particular, has been extensively modified by the emission of gaseous and particulate pollutants. Currently, the secondary (or recycling) metallurgical industry contributes significantly to air emissions of metals. Therefore, this thesis focused on the study of transfers and impacts on soils, plants and humans, of particles from the recycling process of lead in relation to their physicochemical properties. Three main sources of particulate emissions have been identified in the process of recycling lead and characterized, to study the potential impacts on plant and human targets. The particles sampled (workstations and channelled emissions), and segregated according to their size (PMtot, PM10 and PM2, 5), are mainly composed of metals (up to 50% by weight of the total composition in transition metals alkaline and alkaline), with a major part of lead (25-45%). The major speciations of lead are galena (PbS), lead sulfate (PbSO4) or derivatives (xPbO.PbSO4 x = 1,2 or 3). The study of transfer of particles in the soil-plant system has shown that when the particle size of processes in the soil decreases (from 2.5µm to 10µm), the transfer of lead into the aerial parts of lettuce growing at 20 %. The uptake of lead from particles process by leaves has been demonstrated and mechanisms of absorption have been proposed. Finally, exploratory study of lead-rich particles on human health has shown that diminution of the size of particles ingested increased gastric bioaccessibility of lead. In the case of inhalation, it was shown that the particles did not induce cytotoxicity up 50µg/cm2, but caused a dose-dependent inflammatory response of lung epithelial cells
-Lead
-Metals
-PM10
-PM2.5
-Air emissions
-Speciation
-Lactuca sativa
-Soil-plant transfer
-Foliar uptake
-Cytotoxicity
-Inflammation
-Bioaccessibility
Source: http://www.theses.fr/2009INPT008A/document
THÈSE
En vue de l'obtention du
DDOOCCTTOORRAATT DDEE LL ’’UUNNIIVVEERRSSIITTÉÉ DDEE TTOOUULLOOUUSSEE
Délivré par l’Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Biogéochimie de l'environnement
Présentée et soutenue par Gaëlle UZU
Le 30 Octobre 2009
Titre : Spéciation, transfert vers les végétaux et approche toxicologique des émissions
atmosphériques d'une usine de recyclage de plomb.
JURY
Mme Camille DUMAT, Maître de Conférence Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT-ENSAT), EcoLab, directrice de
thèse
Mme Catherine KELLER, Professeur Université Paul Cézanne Aix-Marseille,CEREGE, rapporteur
M. Franck MAROT, ADEME, membre
M. Bernd NOWACK, Directeur de Recherche, EMPA, Zurich, rapporteur
M. Philippe PRADERE, directeur STCM, membre
Mme Anne PROBST, Directeur de Recherche CNRS, EcoLab, examinateur
M. Jérome ROSE, Directeur de recherche CNRS,CEREGE, examinateur
Mme Sophie SOBANSKA, Chargé de recherche CNRS, Université de Lille, LASIR, Membre
Ecole doctorale : Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace (Sdu2e)
Unité de recherche : Laboratoire d'Ecologie Fonctionnelle (EcoLab)
Directeur(s) de Thèse : Camille DUMAT
Rapporteurs : Bernd NOWACK, Catherine KELLER
eRésumé : Depuis la révolution industrielle en Europe (XIX siècle), les nombreuses
activités anthropiques ont provoqué des changements environnementaux globaux
considérables. La composition de l’atmosphère terrestre en particulier, a été
fortement modifiée par l’émission de polluants gazeux et particulaires. Actuellement,
l’industrie métallurgique de seconde fusion contribue de façon significative aux
émissions atmosphériques de métaux. C’est pourquoi ce travail de thèse s’est
focalisé sur l’étude des transferts et impacts sur les sols, les végétaux et l’homme,
des particules émises par le procédé de recyclage du plomb en relation avec leurs
propriétés physico-chimiques. Trois sources principales d’émissions de particules ont
été identifiées dans le procédé du recyclage du plomb et caractérisées en vue
d’étudier les impacts potentiels sur les cibles végétales et humaines. Les particules
échantillonnées (postes de travail et émissions canalisées) et ségréguées en fonction
de leur taille (PM , PM et PM ) sont principalement composées de métaux tot 10 2,5
(jusqu’à 50% en masse de la composition totale en métaux de transition, alcalins et
alcalino-terreux), avec une majeur partie de plomb (25-45 %). Les spéciations
majoritaires du plomb sont la galène (PbS), le sulfate du plomb (PbSO ) ou dérivés 4
(xPbO.PbSO x=1,2 ou 3). L’étude du transfert des particules dans le sytème sol-4
plante a montré que, lorsque la taille des particules de process présentes dans le sol
diminue (de 10µm à 2.5µm), le tranfert du plomb vers les parties aériennes des
salades augmente de 20%. Le transfert foliaire de plomb issu des particules de
process a été mis en évidence et des mécanismes d’absorption.ont été proposés.
Enfin, l’étude exploratoire des particules riches en plomb sur la santé humaine a
permis de montrer que la diminition de la taille des particules ingérées augmentait la
bioaccessibilité gastrique du plomb. Dans le cas de l’inhalation, il a été démontré que
2les particules n’induisaient pas de cytotoxicité jusqu’à 50µg/cm , mais provoquaient
une réponse inflammatoire dose-dépendante des cellules épithéliales pulmonaires.
Mots clés : Plomb, métaux, PM , PM , émissions atmosphériques, spéciation, 10 2.5
Lactuca Sativa, transfert sol-plante, transfert foliaire, cytotoxicité, inflammation,
bioaccessibilité. Remerciements
Avis au lecteur : je tiens à préciser qu’au moins 400 Batavias (Lactuca sativa) ont été
malmenées, maltraitées, broyées, digérées dans cette thèse. Ames sensibles s’abstenir. Et
maintenant une longue liste de mercis relatifs à cette entreprise !
Ces travaux ont été effectués au laboratoire d’écologie fonctionnelle EcoLab au sein de l’école
nationale supérieure d’agronomie de Toulouse (ENSAT).Tout d’abord je tiens à remercier le
directeur du laboratoire Eric Chauvet pour m’avoir accueilli durant ces trois ans et l’ensemble
des chercheurs pour toutes ces discussions stimulantes. Ensuite un grand merci à ceux qui ont
financé et suivi d’un œil attentif ces trois ans : l’ADEME et la Société de Traitements Chimiques
de Métaux (STCM). Je pense en particulier à Philippe Pradère et Michel Milhes de la STCM qui
m’ont ouvert les portes de l’entreprise, m’ont apporté leur expérience du terrain et ont mis la
main à la patte pour l’échantillonnage des particules ou encore pour arroser les salades ! Et puis
Franck Marot, de l’ADEME pour toutes les améliorations et discussions post-rapports
d’avancement !
Merci, aux rapporteurs Catherine Keller et Bernd Nowack et tous les membres du jury Anne
Probst, Sophie Sobanska, Philippe Pradère, Franck Marot et Jérome Rose d’avoir accepté
d’évaluer mes travaux.
Maintenant, les mercis pour les scientifiques qui ont contribué de très près :
Camille, directrice de choc, merci de m’avoir fait jardiner pendant trois ans. Je n’envisage pas
ma reconversion en maraîchage mais si cette idée me revient, je serais prête ! Ces trois années
ont été uniques, scientifiques, drôles et très réjouissantes (qui a dit que la science devait être
austère ?) et je te remercie vraiment pour ta confiance et la liberté que tu m’as accordée dans
l’orientation des travaux.
Viennent ensuite, Géraldine Sarret (LGIT, Grenoble) et Sophie Sobanska (LASIR, Lille), pour
votre disponibilité et nombreux conseils scientifiques : les « spectro-girls », un énorme merci
d’avoir été à mes côtés. Je n’oublierais pas de sitôt l’incroyable séjour au synchrotron SOLEIL, la
salle des machines, « ici Houston », à vous les commandes 3..2..1..0, recharge d’électrons!!! et
puis Géraldine, la soirée ski de fond après les dépouillements de spectres EXAFS…
Merci à mon « outstanding » comité de pilotage de m’avoir accompagné pendant ces trois ans!
En particulier : à Franck Marot de m’avoir promis ses pinces à vélo ADEME…à Sébastien Denys
pour ses mails « à propos » sur les deadlines entre-autres, à Karine Tack pour ses conseils pour m’éviter des manips, à Sophie Sobanska pour m’avoir fait découvrir « le monde merveilleux du
Raman ». A Francis Douay pour ses investigations dans les jardins lillois, à Anne Probst pour
ses propositions de laitues en plastiques, à Jérome Silvestre pour les « clip your feuilles de
laitue » et à Mr Pradère pour nos discussions de terrain.
Un merci tout spécial à l’équipe de réactivité des particules de l’IST à Lausanne et l’équipe de
biologie fonctionnelle adaptative du LRMCX (Paris VII) de m’avoir accueillie pour la partie
toxicologique de l’étude ainsi que l’INERIS pour la bioaccessibilité gastrique. Et plus
particulièrement à Magdalena Sanchez, Jean-Jacques Sauvain, Mickael Ridieker, Stéphanie
Val, Armelle Baeza, Karine Tack, Sébastien Denys et Julien Caboche !
Venons en maintenant à tous les personnels du laboratoire qui ont contribué à la bonne
ambiance de la réalisation de cette étude :
Merci à Je-Annick, secrétaire multi-casquettes pour TOUT. Sauf que j’attends toujours ma
palette de Nounours à la guimauve au chocolat…A José, notre chef d’équipe, que la force
basque soit avec toi (et avec una tequila cabrita !!), à Maritxu, pour le yoga et les discussions
confitures, à Georges pour tes investigations sur mes données C,H,O: je me sentais moins seule
comme chimiste en terre agro ! A Eric, Jean-Luc, Anne et Laury pour nos grandes discussions
sur la recherche et plus personnelles, à David pour tes questions métaphysiques lors de nos
repas à l’INRA et Sabine pour tes conseils pour toujours tout optimiser !
Les
