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Vulnérabilité des écosystèmes aux pollutions métalliques diffuse, Enregistrement par les arbres de l’historique des pollutions

Coordination : LEDOUX Emmanuel, Mînes ParisTech - Geosciences

Vulnérabilité des écosystèmes aux pollutions métalliques diffuse, Enregistrement par les arbres de l'historique des pollutions

Objectifs scientifiques

Il s’agit d’étudier la réaction du système sol-eau-plante sous l’effet de pollutions métalliques diffuses se déroulant sur plusieurs dizaines d’années et d’apprécier les temps de latence pour l’apparition et la résorption d’une pollution de l’écosystème forestier. On espère ainsi mettre en relation l’état de l’écosystème végétal avec les grandes étapes de l’évolution de la pollution anthropique (utilisation de carburants au plomb, …).

Dans une deuxième étape la recherche pourra évoluer vers l’examen des relations entre les maladies humaines recensées d’une part, et l’état des écosystèmes et des systèmes hydriques correspondants d’autre part, dans le but de tenter d’établir ainsi des indicateurs prédictifs de risques hydriques, biologiques et humains.

Le point de départ de la recherche est que les arbres qui matérialisent leur développement annuel par un cerne de croissance peuvent ainsi enregistrer une chronologie des caractéristiques chimiques du sol et peut-être de l’atmosphère dans lesquels ils poussent. Une analyse ponctuelle, au niveau de chaque cerne, de traceurs de pollution susceptibles d’être véhiculés par l’air et par l’eau peut ainsi fournir une évaluation de la réponse de l’écosystème sol-eau-plante. En développant la méthode sur plusieurs sites, et plusieurs points d’un même site, on peut espérer accéder à la cartographie spatio-temporelle de pollutions, permettant de mettre en évidence l’évolution des impacts et ainsi d’en mieux discriminer les origines.

Programme de travail

Un protocole analytique a été mis au point à l’Ecole des Mines de Paris pour l’analyse des métaux lourds dans le bois au moyen d’une microsonde ionique. La technique permet en routine la détermination d’un cortège de métaux pouvant constituer des traceurs de l’évolution chimique de l’environnement du végétal ; de surcroît, l’imagerie ionique fournie par la microsonde est un complément utile à l’analyse quantitative.

Les travaux réalisés jusqu’à présent dans le cadre de ce projet portent sur deux chênes de la forêt de Fontainebleau, à proximité d’un carrefour routier important. La méthode permet l’analyse en routine des éléments suivants : magnésium, aluminium, silicium, calcium, vanadium, chrome, manganèse, fer, nickel, cuivre, zinc, arsenic, strontium, étain, baryum et plomb ; le molybdène et le tungstène peuvent être analysés mais restent en général à des teneurs inférieures à la limite de détection. Pour tous ces éléments, les concentrations observées varient sur environ un ordre de grandeur dans chaque cas, ces variations étant de nature pseudo-périodique sans tendance générale Une analyse plus fine des données doit être effectuée en mettant à profit la possibilité d’imagerie élémentaire offerte par la méthode analytique par microsonde ionique.

En raison des observations déjà effectuées, et compte-tenu des objectifs, nous nous proposons dans le cadre de ce projet, sur une durée de trois ans, d’étendre l’étude amorcée à Fontainebleau sur d’autres sites de la région Ile de France, à choisir selon des critères permettant de recouvrir à la fois l’espace, le temps et la nature des activités dans l’entourage des sites. Retenons par exemple :

  • des sites forestiers, Fontainebleau ou autres ;
  • des sites urbains anciens (soit, compte-tenu de la contrainte d’échantillonnage, des parcs en centre urbain ancien) ;
  • des sites urbanisés au cours du XXième siècle (même contrainte) ;
  • des sites situés près de nœuds routiers ;
  • des sites en zones fortement industrialisées, éventuellement à différentes époques.

En chacun de ces sites, est prévu le prélèvement sur deux ou trois arbres. Il sera également intéressant de prélever plusieurs carottes sur le même tronc, suivant des orientations et/ou des hauteurs différentes, pour évaluer la variabilité intrinsèque propre à chaque individu. L’effet des essences devra également être évalué, avec le choix d’un site où le prélèvement d’autant d’espèces que possible pourra être effectué.

L’ensemble de données résultant de ces prélèvements donnera en soi un aperçu de la répartition des métaux lourds dans la végétation arboricole d’Île-de-France ; toutefois, il est prévu de la compléter par l’étude d’échantillons provenant de sites notoirement pollués servant de référence. Sont notamment envisagés (à redéfinir suivant les modalités d’accès), des sites proches d’usines de pyrométallurgie de plomb-zinc, ou des sites miniers tant anciens (éventuellement médiévaux) que plus récents (XIXè et XXè siècles).

La base de données analytiques, ainsi que leur présentation technique et leur interprétation préliminaire, seront critiquées en lien avec des résultats d’autres études portant sur la biodiversité.