Offre doctorale en géochimie – oligoéléments, matière organique des sols

Référent :                       MARSAC Rémi, CR CNRS HDR, marsac@ipgp.fr

Co-encadrants :      JANOT Noémie, CR INRAE, noemie.janot@inrae.fr

                                      SIVRY Yann, McF IPGP HDR, sivry@ipgp.fr

Laboratoire d’accueil/Equipe :           IPGP – Equipe ACE – UMR 7154

                              INRAE ​​– ISPA – UMR 1391

Financement : Cofinancement ANR-INRAE

Présentation du sujet :

Contexte

Les terres cultivées contiennent des métaux traces (TM : Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) qui, s’ils sont trop abondants, constituent des contaminants problématiques tant pour la sécurité sanitaire des produits récoltés que pour l’écosystème environnant. L’application répétée d’amendements organiques contenant des quantités variables de TM peut conduire à une accumulation inquiétante de ces éléments dans le temps si les quantités appliquées sont supérieures aux pertes par lessivage ou absorption par les cultures. Dans un contexte où le recyclage des déchets organiques (DPO) en agriculture est fortement encouragé, il existe un fort besoin de comprendre si cette pratique vertueuse ne présente pas de risques sanitaires et environnementaux.

L’ajout de matière organique fraîche (MO), à la fois en phase solide (MOS) et sous forme colloïdale et dissoute dans la solution du sol (MOD), provoque une modification de la spéciation et de la distribution en solution solide des MT, ce qui est susceptible de changent avec le temps à mesure que les amendements du sol se dégradent. Prédire l’évolution de la disponibilité des TM dans un sol est aujourd’hui un défi scientifique, notamment dans le contexte de l’épandage des PRO, notamment en raison de la difficulté d’estimer expérimentalement la spéciation des TM, tant en phase solide qu’en solution, et de prédire la dynamique de leur présence. flux entre les différentes phases du sol.

La construction d’un modèle basé sur des processus physico-chimiques prenant en compte l’évolution de la réactivité des DOM/SOM envers les TM au cours du temps, permettrait de prédire la disponibilité à long terme de ces TM. Cette problématique répond à des enjeux socio-économiques majeurs, notamment les Objectifs de Développement Durable (ODD) 2.4 « Agriculture efficace et résiliente » et 3.9 « Santé et environnement » de l’ONU. Cependant, à l’heure actuelle, les paramètres génériques des modèles de spéciation calibrés sur des substances humiques purifiées ne fournissent pas une description précise des observations réalisées sur des échantillons naturels.

Objectifs

Les travaux seront réalisés principalement sur des échantillons de sols du site QualiAgro (SOERE-PRO) de l’IR AnaEE-France ayant reçu des demandes de PTO depuis 1998 à raison d’une demande tous les 2 ans. Les TM étudiés seront le Cd, Cu, Ni, Pb et Zn, choisis en raison de leur affinité pour la MO et/ou de leur abondance dans les PRO et les sols.

La question centrale de ce projet de recherche est la suivante :

Comment les modifications des propriétés physico-chimiques de la matière organique des sols agricoles amendés par des déchets organiques affectent-elles la disponibilité des MT à court et à long terme ?

L’originalité de ce projet de thèse réside dans la combinaison de méthodes spectroscopiques, isotopiques et analytiques de pointe, ainsi que de modélisation géochimique, pour étudier la dynamique de la DOM, en particulier le compartiment colloïdal, et déterminer la structure-réactivité. liens des complexes TM-DOM, par :

(i) quantifier le pool de TM libres en solution, ainsi que leur spéciation rédox (pour Cu), et pas seulement la répartition en solution solide et les concentrations totales dissoutes ;

(ii) utiliser les propriétés optiques du DOM pour caractériser les changements de son affinité pour les TM au cours de la dégradation (en termes de densité de sites réactifs et de constantes d’affinité) via des titrages spectrophotométriques ;

(iii) sur la phase solide, en caractérisant les différentes phases portantes des TM dans les sols et les PRO, directement par spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) mais également en caractérisant l’évolution de la fraction mobile des TM par cinétique d’échange isotopique (IEK).

L’objectif est de mettre en œuvre ces observations expérimentales dans un modèle numérique. Le couplage de ces deux approches permettra de paramétrer des modèles de complexation TM-OM sur des échantillons naturels. Ainsi, une approche de modélisation sera construite basée sur des processus pour comprendre comment la spéciation des TM évolue dans le temps en relation avec la dynamique de la MO, et pour savoir lesquels des changements dans les propriétés de la MO ou dans les propriétés physico-chimiques Les conditions sont le facteur majeur de l’évolution de la disponibilité. Cette modélisation mécaniste de la spéciation des MT dans le sol est nécessaire pour caractériser et prédire le risque associé à ces pratiques agricoles.

Profil du candidat

Formation scientifique de niveau Master 2 ou diplôme d’ingénieur en géosciences, (géo)chimie de l’environnement. Des compétences en chimie analytique/géochimie et/ou modélisation seraient un avantage.

Le candidat rejoindra l’équipe ACE à l’IPGP (Paris) pour 18 à 24 mois, puis à l’UMR ISPA (INRAE ​​Bordeaux) pour les 12 à 18 mois suivants.

Le dossier de candidature à adresser avant le 17 mai à 00h00 à l’équipe d’encadrement est constitué d’un CV détaillé et d’une lettre de motivation, à compléter des relevés de notes de licence, de master (ou diplôme équivalent), comprenant le classement et nombre de diplômés, ainsi qu’une ou deux lettres de recommandation.

Les candidats présélectionnés défendront le sujet et leur profil scientifique en juin 2024 devant un jury de l’École Doctorale STEP’UP.