![Page 1: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/1.jpg)
Webinaire AFES, 11 juin 2015
Entre Contamination et Pollutiondes Sols Agricoles par les Eléments Traces
Plaidoyerpour une Evaluation à Long-Terme
du Risque EcotoxicologiqueMatthieu BravinUnité Recyclage et [email protected]
![Page 2: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Plan
1. Eléments de compréhension
2. Sources et impacts écotoxicologiques
3. Prédiction à long-termede l’accumulation dans les sols
4. Nouveaux paradigmes en écotoxicologie
Webinaire AFES
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3
Webinaire AFES
1. Eléments de compréhension
![Page 4: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Eléments Traceset « Synonymes »Webinaire AFES
1. E
lém
ents
de
com
préh
ensi
on
Hodson (2004) ENPO, 129Hooda (ed.) (2010) Trace elements in soils
Définition qui souffre d’exception,ex. fond pédogéochimique naturellement élevé
Eléments naturellement ubiquistesdans les sols, concentration < 100 mg kg-1
Plus inclusif et approprié que métaux lourds,les ET ne sont ni tous lourds, ni tous des métaux (As)
Plus neutre qu’éléments potentiellement toxiques,dépend de la nature, de la spéciation et de la concentration
![Page 5: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Contamination vs. PollutionWebinaire AFES
1. E
lém
ents
de
com
préh
ensi
on
Contaminantsubstance présent dans le sol du fait de l'activité humaine
Polluantsubstance présente dans le solet qui est suffisamment (bio)disponiblepour avoir des effets préjudiciablessur les fonctions du sol ou l'utilisation du sol
Un sol contaminén’est pas forcément pollué
![Page 6: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Concept de BiodisponibilitéWebinaire AFES
1. E
lém
ents
de
com
préh
ensi
on
DisponibilitéEnvironnementale
BiodisponibilitéEnvironnementale
BiodisponibilitéToxicologique
Membrane
Contaminant TOTAL
Phase Solide
Fraction libre
Solution
Absorption
Bio‐Accumulation
EffetToxique
Seuil detoxicité
SOL
ORGANISME
MesuresChimiques
MesuresBiologiques
ISO 17402 (2008)
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7
Ecotoxicologie TerrestreWebinaire AFES
1. E
lém
ents
de
com
préh
ensi
on
D’après INERIS
Concerne l’étude des effets toxiquesdes contaminantssur les organismes vivants du sol
Inclut le devenir des contaminants dans le sol(concentration, spéciation, disponibilité)
Inclut la bioaccumulation des contaminantsessentiellement toxiques pour l’Homme
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8
Webinaire AFES
2. Sources et impacts écotoxicologiques
![Page 9: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Sources d’Eléments TracesWebinaire AFES
2. S
ourc
es e
t im
pact
s éc
otox
icol
ogiq
ues
Zones Urbaine et Industrielle Zones Rurale et Agricole
Sol
Aquifère
Coursd’eau
Fertilisants min. (P)Résidus organiquesProd. PhytosanitairesAmendements Ca/Mg
ET
Emissions atmosphériques
Résidus organiquesurbains et industriels
Grande diversité de sources
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10
Sources d’Eléments TracesWebinaire AFES
2. S
ourc
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icol
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ues
Forte variabilité des quantités apportéeset des contributions suivant les sources
RO élevage
Dépôtsatmosphériques
RO urbains
Amendementscalco-magnésien
Fertilisantsminéraux
Prod. Phyto.
Belon et al. (2012) STOTEN, 439
Flux moy. ET sols : Zn >> Cu >> Cr > Pb > Ni > As >> Mo > Se > Cd > HgTonnes an-1 15 200 12
Résidus organiques ≥ 50 % apport ET sauf Cd et Se
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11
Sources d’Eléments TracesWebinaire AFES
2. S
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Forte variabilité des quantités apportéeset des contributions suivant les sources
RO élevage
Dépôtsatmosphériques
RO urbains
Amendementscalco-magnésien
Fertilisantsminéraux
Prod. Phyto.
Belon et al. (2012) STOTEN, 439
Flux moy. ET sols : Zn >> Cu >> Cr > Pb > Ni > As >> Mo > Se > Cd > HgTonnes an-1 15 200 12
Résidus organiques ≥ 50 % apport ET sauf Cd et Se
Cu, fongicides viticulture et arboriculture
![Page 12: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Sources d’Eléments TracesWebinaire AFES
2. S
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Forte variabilité des quantités apportéeset des contributions suivant les sources
RO élevage
Dépôtsatmosphériques
RO urbains
Amendementscalco-magnésien
Fertilisantsminéraux
Prod. Phyto.
Belon et al. (2012) STOTEN, 439
Flux moy. ET sols : Zn >> Cu >> Cr > Pb > Ni > As >> Mo > Se > Cd > HgTonnes an-1 15 200 12
Résidus organiques ≥ 50 % apport ET sauf Cd et Se
Cu, fongicides viticulture et arboriculture
Pb, activités industrielles
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13
Sources d’Eléments TracesWebinaire AFES
2. S
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Forte variabilité des quantités apportéeset des contributions suivant les sources
RO élevage
Dépôtsatmosphériques
RO urbains
Amendementscalco-magnésien
Fertilisantsminéraux
Prod. Phyto.
Belon et al. (2012) STOTEN, 439
Flux moy. ET sols : Zn >> Cu >> Cr > Pb > Ni > As >> Mo > Se > Cd > HgTonnes an-1 15 200 12
Résidus organiques ≥ 50 % apport ET sauf Cd et Se
Cu, fongicides viticulture et arboriculture
Pb, activités industrielles
Cd, Engrais phosphatés
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14
Devenir dans les SolsWebinaire AFES
2. S
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ETET
ET
Accumulationdans les sols
ET
Contamination des sols
ET
Vieillissement
![Page 15: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Devenir dans les SolsWebinaire AFES
2. S
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ues
ETET
ETET
Toxicité vis-à-vis des organismes du sol
ETFertilité
des sols
![Page 16: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Devenir dans les SolsWebinaire AFES
2. S
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ETET
ETET
Contamination de la chaîne alimentaire
ET
Transfertssol-plante
Transfertssol-animal
![Page 17: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Accumulation Progressive dans les SolsWebinaire AFES
2. S
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Entrées ET dans les solsgénéralement >> sorties ET
Particulièrement vrai pour Cu et Zn dans solsrecevant des résidus organiques issus de l’élevage
Exportations par récolte < 1% des quantités apportées
Lixiviation < quantités apportées même si potentiellementdu même ordre de grandeur
Pertes par érosion potentiellement (très) importantesmais très dépendantes des conditions de culture
Chassin et al. (1996) EGS, 3-4
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18
Mécanisme de ToxicitéWebinaire AFES
2. S
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Milieuintracellulaire
Surface/membraneorganisme
Milieuextracellulaire
Complexation sur les surfaces exposéesde l’organisme (ligand biotique)
Slaveykova et Wilkinson (2005) Environ. Chem., 2Kopittke et al. (2014) Environ. Toxicol. Chem., 33
Effet toxique+
-
+-To
xici
té
Complexation
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Echelle de ToxicitéWebinaire AFES
2. S
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ues
2 groupes principaux
Toxicité pour organismes du sol < toxicité pour Homme⇒ Tendance à s’accumuler dans la chaîne alimentaire
• As, Cd, Hg, Pb
Toxicité pour organismes du sol > toxicité pour Homme• Exemple de l’échelle de rhizotoxicitéTl = Ag > Cu > Hg = Ni = Ga = Ru = In > Sc = Cd = Gd = La = Co = Cs = Pb > Zn = Al = H > Mn > Ba = Sr > Li > Mg > Ca = Na > K
Kopittke et al. (2011) Environ. Toxicol. Chem., 30
![Page 20: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Exemple : Cuivredans les Sols ViticolesWebinaire AFES
2. S
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ues
Reconversion du vignoble languedocien
Horizonsurface
Horizonprofond
VigneVitis sp.
CuTraitementfongicide
CuCuCu Cu Cu
Cu CuCu
Blé durTriticum turgidum durum
Reconversiondu vignoble
CuCu Cu Cu
Cu CuCu
80 000 ha
![Page 21: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Exemple : Cuivredans les Sols ViticolesWebinaire AFES
2. S
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ues
Phytotoxicité de Cu sur blé dur
1 cm
Chlorose ferrique internervaireinduite par Cu
Localisée au niveau de la zonede remplissage du pulvérisateur
ou en ligne suivant l’emplacement des anciens rangs de vignes
Michaud et al. (2007) PLSO, 298
![Page 22: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Arsenal RéglementaireWebinaire AFES
2. S
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Engrais minéraux et/ou organiquesConcentration dans les engrais
Expertise collective MAFOR (2014)
Ne concerne qu’une petite partie des ETProjet de révision de la directive Boues
avec baisse des concentrations maximales autorisées
![Page 23: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Arsenal RéglementaireWebinaire AFES
2. S
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Engrais minéraux et/ou organiquesFlux d’apport au sol
Expertise collective MAFOR (2014)
Flux d’apport réels non vérifiés pour les produits
N’assure pas une absence d’accumulation dans les sols
![Page 24: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Arsenal RéglementaireWebinaire AFES
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ues
Concentration initiale du sollégislation Boues
ETM
Valeurs seuils pour les sols en mg/kg de MS Directive Européenne
86/278/EEC (1986) 6<pH<7
Arrêté du 8 janvier 1998 (pour pH ou
égal à 5)
Projet de révision de la directive européenne (2000)
5<pH<6 6<pH<7 pH>7 Cd 1 à 3 2 0,5 1 1,5 Cr ‐ 150 30 60 100 Cu 50 à 140 100 20 50 100 Hg 1 à 1,5 1 0,1 0,5 1 Ni 30 à 75 50 15 50 70 Pb 50 à 300 100 70 70 100 Zn 150 à 300 300 60 150 200
Certains dépassent naturellement ces seuilsDérogation possible
![Page 25: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Arsenal RéglementaireWebinaire AFES
2. S
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Concentration admissibledans les organes consommés des plantes
Journal Officiel CE, 2001
Cd Pb
Céréales et légumineuses 0,1-0,2 0,2Cultures maraîchères 0,05 0,1
mg kg-1 MB
![Page 26: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/26.jpg)
26
ConclusionWebinaire AFES
2. S
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icol
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ues
A retenir…Grande diversité de sources et de niveaux d’apport des ET sur les sols
Accumulation progressive des ET dans les sols agricoles
Effet toxique très variable suivant ET
Réglementation limite le risque écotoxicologiquesur le court/moyen terme (< 10 ans)
Incertitude beaucoup plus forte sur le long-terme
![Page 27: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/27.jpg)
27
Webinaire AFES
3. Prédiction à long-termede l’accumulation dans les sols
![Page 28: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Processus Contrôlant l’AccumulationWebinaire AFES
3. P
rédi
ctio
n à
long
-term
e de
l’ac
cum
ulat
ion
dans
les
sols
Bilan de masse à la parcelleEntrées par:
Résidus organiques (RO)
Engrais minéraux (NPK)
Irrigation (IR)Produits
phytosanitaires (PHY)
Sorties par :
Prélèvement par les végétaux
Lixiviation
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29
Limites des travaux récentsWebinaire AFES
3. P
rédi
ctio
n à
long
-term
e de
l’ac
cum
ulat
ion
dans
les
sols
Extrapolation sur le long-terme⇒ Validation rigoureuse des termes du bilan
Tenir compte de l’incertitudedes données d’entrées sur les simulations
Analyser la sensibilitédes paramètres du modèles
Confrontation des profils temporels de concentrationsmesurés et simulés⇒ Nécessite jeux de données conséquents⇒ Rarement fait ou seulement de façon incomplète
Peut être évalué par simulations théoriques
Julich et al. (2012) WASP, 223
![Page 30: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Validation IncomplèteWebinaire AFES
3. P
rédi
ctio
n à
long
-term
e de
l’ac
cum
ulat
ion
dans
les
sols
Uniquement pour certaines équationsEquations transfert sol-plante
de Vries et McLaughlin (2013) STOTEN, 461-462
![Page 31: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Validation IncomplèteWebinaire AFES
3. P
rédi
ctio
n à
long
-term
e de
l’ac
cum
ulat
ion
dans
les
sols
Des profils temporels de concentrationValidation limitée à comparaison de flux net d’apport au sol
Validation limitée à une date intermédiaire ou finale
Chen et al. (2013) ENPO, 178
![Page 32: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Validation IncomplèteWebinaire AFES
3. P
rédi
ctio
n à
long
-term
e de
l’ac
cum
ulat
ion
dans
les
sols
Jeux de données dont les concentrationsde tous les ET varient (très) peu
Legind et al. (2012) PLoS ONE, 7
![Page 33: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Exemplede Validation ComplèteWebinaire AFES
3. P
rédi
ctio
n à
long
-term
e de
l’ac
cum
ulat
ion
dans
les
sols
Accumulation As dans sol fertilisé avec desengrais phosphatés pendant 150 ans !
Hartley et al. (2013) ENPO, 180
Max
MoyenneMin
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34
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cum
ulat
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dans
les
sols
Essais du Réseau PRO
Casdar Réseau PRO (2011-2014)SMRA 68 et ARAA
Boues StepMaïs grain (68)• Haut‐Rhin, 0,6 m/an• 15 ans
• 15‐20 tMB/ha/an sur 5 ans
• Néoluvisolfersiallitique pH 6
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35
Nouveaux RésultatsWebinaire AFES
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dans
les
sols
Essais du Réseau PRO
Casdar Réseau PRO (2011-2014)
Boues StepMaïs grain• Haut‐Rhin, 0,6 m/an• 15 ans
• 15‐20 tMB/ha/an sur 5 ans
• Néoluvisolfersiallitique pH 6
Composts élevageMaraîchage (974)• La Réunion, 1,3 m/an• 7 ans
• 30‐60 tMB/ha/an
• Cambisol andiquepH 5,5
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Nouveaux RésultatsWebinaire AFES
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l’ac
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ulat
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dans
les
sols
Essais du Réseau PRO
Casdar Réseau PRO (2011-2014)
Boues StepMaïs grain• Haut‐Rhin, 0,6 m/an• 15 ans
• 15‐20 tMB/ha/an sur 5 ans
• Néoluvisolfersiallitique pH 6
Composts élevageMaraîchage• La Réunion, 1,3 m/an• 7 ans
• 30‐60 tMB/ha/an
• Cambisol andiquepH 5,5
Effluents élevagePrairie (974)• La Réunion, 4,5 m/an• 8 ans
• 240‐420 m3/ha/an 20‐35 tMB/ha/an
• Andosol pH 6
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dans
les
sols
Pas d’accumulation dans les solsNi sol, mg kg‐1 Ni sol, mg kg‐1
Cycles de culture
Boues Step chauléesFertilisation minérale
25
30
35
40
45
50
25
30
35
40
45
50
Casdar Réseau PRO (2011-2014)SMRA 68 et ARAA
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Nouveaux RésultatsNickelWebinaire AFES
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les
sols
Flux << ambiance géochimique sol
Casdar Réseau PRO (2011-2014)SMRA 68 et ARAA
10‐4
Flux, mg Ni m‐2 cycle‐1
10‐2
1
102
104Ambiance géochimique
PRO
Engrais P
Engrais N‐K
ApportsAtmo.
Lixiviation
Plantes
Entrées Sorties
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Nouveaux RésultatsZincWebinaire AFES
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les
sols
Casdar Réseau PRO (2011-2014)
Accumulation importante dans les sols
Zn sol, mg kg‐1
200
260
320Compost Lisier PorcsFertilisation minérale
Zn sol, mg kg‐1
200
260
320
Cycles de culture
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Nouveaux RésultatsZincWebinaire AFES
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les
sols
Casdar Réseau PRO (2011-2014)
Flux résidus organiques >> autres flux
Entrées Sorties
Ambiance géochimique
Flux, mg Zn m‐2 cycle‐1
10‐1
10
103
105
PRO
Engrais minéraux
Phyto
Lixiviation
Plantes
![Page 41: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/41.jpg)
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Nouveaux RésultatsCuivreWebinaire AFES
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dans
les
sols
Casdar Réseau PRO (2011-2014)
Accumulation modérée dans les sols
Cycles de culture
Cu sol, mg kg‐1
60
70
80
90Compost Fumier Bovins
Cu sol, mg kg‐1
60
70
80
90Non fertilisé
Transportcolloïdale ?
![Page 42: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/42.jpg)
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Nouveaux RésultatsCuivreWebinaire AFES
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dans
les
sols
Casdar Réseau PRO (2011-2014)
Flux résidus organiques >> autres flux
Ambiance géochimique
10‐1
Flux, mg Cu m‐2 cycle‐1
1
10
102
103
PRO LixiviationPlantes
Entrées Sorties
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43
Exemple d’ApplicationWebinaire AFES
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dans
les
sols
Prospective territoriale de recyclagede résidus organiques t/ha
Culture Produit DoseCàS Lisier Porc 60CàS Litiere Volaille 8CàS Fiente Pondeuse 8CàS Engrais Synthese13-8-24 0,9
CàS CCLLB 16,5CàS EOMLLB 2CàS EOFVB 4CàS EOBVB 4
Maraîchage Litiere Volaille * 8,0Maraîchage Fiente Pondeuse * 10,0Maraîchage Ecume * 8,0Maraîchage compost_UT4 * 8,0Maraîchage Engrais Synthese13-8-24 0,9
Maraîchage CCLLB ** 17,6Maraîchage EOMLLB 2,5Maraîchage EOFVB 4,5Maraîchage EOBVB 4,5
Casdar GIROVAR (2011-2014)
![Page 44: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/44.jpg)
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Exemple d’ApplicationWebinaire AFES
3. P
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cum
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ion
dans
les
sols
Prospective territoriale de recyclagede résidus organiques
Casdar GIROVAR (2011-2014)
0
100
200
300
0 20 40 60 80 100
Moy.Réunion
Maraîch. MPO CCLLB
CàS, MPOengrais synthèse
Concentrations sol [m
g/kg]
années
Zn
![Page 45: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/45.jpg)
45
ConclusionWebinaire AFES
3. P
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cum
ulat
ion
dans
les
sols
A retenir…Bonne connaissance du comportement des ET
permet la prédiction du devenir à l’aide de modèles simples
Transport particulaire/colloïdale encore mal connu⇒ Apport récent des nanosciences
Nécessite des jeux de données conséquentset sur le moyen/long terme pour validation des modèles
Couplage modèles d’accumulationavec évaluation écotoxicologique à faire
![Page 46: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/46.jpg)
46
Webinaire AFES
4. Nouveaux paradigmesen écotoxicologie
![Page 47: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/47.jpg)
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Evaluation Ecotoxicologique Classique
Principe1 sol non contaminé et naturellement peu riche en ETAjout doses croissantes de sels d’ET, ex. NiCl2Mesure d’un effet toxique, ex. élongation racinaire de l’orge
Smolders (2007)
![Page 48: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/48.jpg)
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Evaluation Ecotoxicologique Classique
PrincipeSimulation de l’effet toxique par modélisation
de la complexation des ET sur les surfaces racinaires
Thakali et al. (2006) ES&T, 40
Module « Biotique »Paramétrage constantes
de complexation
![Page 49: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/49.jpg)
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Evaluation Ecotoxicologique Classique
PrincipeSimulation de l’effet toxique par modélisation
de la complexation des ET sur les surfaces racinaires
Thakali et al. (2006) ES&T, 40
Module « Biotique »Paramétrage constantes
de complexation
Module « Abiotique »Détermination/estimation
spéciation ET en solution
![Page 50: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/50.jpg)
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icol
ogie
Evaluation Ecotoxicologique Classique
PrincipePrédiction des courbes dose-réponse
+
-
+-
Toxi
cité
Elo
ngat
ion
raci
naire
Proportion sites complexés par Ni sur racines orges
Thakali et al. (2006) ES&T, 40
EC50
Concentration effective50% effet toxique
![Page 51: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/51.jpg)
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Limites
Contamination artificielle du sol
Contamination
historique
en Cu
Contamination
artificielle
en Cu
Non prise en compte des effets de vieillissement
⇒ Surestimation des effets toxiques
Smolders (2007)
![Page 52: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/52.jpg)
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Limites
Exposition de l’organisme aux ET du solModélisation de la spéciation ET en solutionBasée sur réactivité Matières Organiques Dissoutes
WHAMNICA-Donnan
Analytical determinationpHMajor cations, anionsTotal metalsDOC
EntréesSorties
FixedReactive Fulvic Acid
FA = DOM x 65%
Model estimationFree Cu2+ activity
Lofts et al. (2013) ENPO, 178
Modèle
![Page 53: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/53.jpg)
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Limites
Exposition de l’organisme aux ET du solVariabilité réactivité MOD sols >> eaux naturelles
⇒ Biais dans prédiction spéciation ET dans solution du sol
Bryan et al. (2002) Comp. Biochem. Physiol. C, 133Djae et al. in prep1
10
10065 %
MOD réactive, % FA
Variabilitéréactivité MODdans eaux naturelles
5
7
9
11
135791113
p{C
u2+ }
Pré
dite
sM
OD
Réa
ctiv
e=
65 %
FA
p{Cu2+} Mesurées
R2 = 0.5RMSR = 1.1
![Page 54: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/54.jpg)
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Limites
Exposition de l’organisme aux ET du solVariabilité réactivité MOD sols >> eaux naturelles
⇒ Biais dans prédiction effet toxique
Djae et al. in prep
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
with
p{C
u2+ }
pre
dict
edfro
m re
activ
e FA
= 6
5 %
with measured p{Cu2+}
FRIED-predicted Toxic Response
![Page 55: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/55.jpg)
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Limites
Exposition de l’organisme aux ET du solVariabilité réactivité MOD sols >> eaux naturelles
⇒ Biais dans prédiction effet toxique
Djae et al. in prep
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
with
p{C
u2+ }
pre
dict
edfro
m re
activ
e FA
= 6
5 %
with measured p{Cu2+}
FRIED-predicted Toxic Response
Potential nitrification
Maize residue mineralization
Glucose-induced respiration
![Page 56: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/56.jpg)
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Limites
Exposition de l’organisme aux ET du solVariabilité réactivité MOD sols >> eaux naturelles
⇒ Biais dans prédiction effet toxique
Djae et al. in prep
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
with
p{C
u2+ }
pre
dict
edfro
m re
activ
e FA
= 6
5 %
with measured p{Cu2+}
FRIED-predicted Toxic Response
Folsomia candida reproduction
Eisenia fetida reproduction
Potential nitrification
Maize residue mineralization
Glucose-induced respiration
![Page 57: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/57.jpg)
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Limites
Exposition de l’organisme aux ET du solVariabilité réactivité MOD sols >> eaux naturelles
⇒ Biais dans prédiction effet toxique
Djae et al. in prep
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Barley root elongation
Tomato shoot growth
Folsomia candida reproduction
Eisenia fetida reproduction
Potential nitrification
Maize residue mineralization
Glucose-induced respiration
with
p{C
u2+ }
pre
dict
edfro
m re
activ
e FA
= 6
5 %
with measured p{Cu2+}
FRIED-predicted Toxic Response
![Page 58: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/58.jpg)
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Limites
Exposition de l’organisme aux ET du solVariabilité réactivité MOD sols exacerbée
par apport de résidus organiques
![Page 59: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/59.jpg)
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Limites
Exposition de l’organisme aux ET du solVariabilité réactivité MOD exacerbée dans la rhizosphère
Considérer une réactivité unique des MOD
⇒ Biais importantsur prédiction spéciation des ET en solution
et sur prédiction effet toxique
Djae et al. (2015) Icobte
![Page 60: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/60.jpg)
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LimitesFacteurs confondantspour sols historiquement contaminés
Multi-contamination⇒ Quel(s) ET responsable(s) de l’effet toxique observé ?
Modifications des propriétés physico-chimiques des sols(pH, %MO…)⇒ Quel impact sur l’effet toxique observé par rapport aux ET ?
![Page 61: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/61.jpg)
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LimitesFacteurs confondantspour sols historiquement contaminés
10 résidus organiques
3 doses d’apport
2 sols
Hutte et al. (2013) Ramiran
![Page 62: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/62.jpg)
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LimitesFacteurs confondantspour sols historiquement contaminés
0
20
40
60
80
100
120
1 3 9
aa
*b
1 3 9
a
*ab
*b
1 3 9
a a a
Elo
ngat
ion
raci
nair
e re
lativ
e, %
TRO-1 RO-2 RO-3
0
20
40
60
80
100
120
a
a *a
1 3 9
aa
a
1 3 9
a
a
*b
0
1 3 9
Elo
ngat
ion
raci
nair
e re
lativ
e, %
TRO-1 RO-2 RO-3
Nitisol Cambisol andique
Hutte et al. (2013) Ramiran
Effet confondant pH sol très fort
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Webinaire AFES
4. N
ouve
aux
para
digm
es e
n éc
otox
icol
ogie
LimitesFacteurs confondantspour sols historiquement contaminés
Hutte et al. (2013) Ramiran
0
20
40
60
80
55,566,577,5
Elo
ngat
ion
raci
nair
e re
lativ
e, %
pCu
NitisolR² = 0,4
Difficile de corréler l’effet toxiqueà la disponibilité d’un ou de plusieurs ET
![Page 64: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/64.jpg)
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Webinaire AFES
4. N
ouve
aux
para
digm
es e
n éc
otox
icol
ogie
Nouveaux OutilsMesures Biodisponibilité Environnementaleplutôt que Toxicologique
Développement du RHIZOtest pour les plantes
Racines
Sol
Solutionnutritive
ISO 16198 (2015)
Chaque ET mesuré sur plantes entières(parties aériennes et racinaires)
⇒ sensibilité du biotest
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Webinaire AFES
4. N
ouve
aux
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digm
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icol
ogie
Nouveaux OutilsMesures Biodisponibilité Environnementaleplutôt que Toxicologique
1 mesure par ETClassement de sols
Classement d’espèces végétales
Tomate, 4 solsAs Cu Zn Cd
Flux
pré
lève
men
t, ng
m-2
s-1
0
0.15
0.3
0.45
0.6
a
ab bbc
bcd
bcdbcd
cde dee
Flux de prélèvement Cd,ng m–2 s–1
ISO 16198 (2015)
![Page 66: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/66.jpg)
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Webinaire AFES
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icol
ogie
Nouveaux OutilsAutres outils en développement
Mesures sur vers de terre• Sur Aporrectodea caliginosa plutôt que Eisenia fetida• Bioaccumulation globale ou partionnement subcellulaire
Beaumelle et al. (2015) STOTEN, 520
Mesures sur µ-organismes• Biotest sur champignon Trametes versicolor• Approche moléculaire, quantification populations résistantes• Approche au niveau de la communauté, PICT
Blanck (2002) Human Ecol. Risk Assess., 8
Mesures sur escargot• Sur Cantareus aspersus• Bioaccumulation dans les viscères
Pauget et al. (2012) STOTEN, 431
![Page 67: Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces · 2015. 12. 2. · Entre Contamination et Pollution des Sols Agricoles par les Eléments Traces Plaidoyer](https://reader036.vdocuments.fr/reader036/viewer/2022081620/611442ffe777d27ae71a09bd/html5/thumbnails/67.jpg)
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Webinaire AFES
4. N
ouve
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digm
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n éc
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icol
ogie
Conclusion
A retenir…Travailler sur sols historiquement contaminés
Si spéciation non mesurée, vérifier qualité prédiction
Biodisponibilité environnementaleplus sensible et discriminante qu’effet toxique
Appliquer nouveaux outilssur sols historiquement contaminés
Adapter modèles écotoxicologiquesaux nouveaux outils
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Webinaire AFESConclusion Générale
Problématique ET dans sols agricolesMoyen/long terme
Prédiction accumulation ET dans solConnaissance suffisante mais validation à étoffer
Nouveaux paradigmes en écotoxicologieNouveaux outils sur sols historiquement contaminés
Couplage des deux approchesNécessite des sites expérimentaux moyen/long termeObservatoires SOERE et Réseau PRO
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Webinaire AFESRemerciements
Unité recyclage et risqueE. Doelsch, S. Legros, F. Feder…
Autres unitésUMR ECOSYS, UMR ISPA, IPGP, Lab. PROTEE
BailleursANR, UE-FEDER, Ministère Agriculture, INSU
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