Transfer of rare earths in the interface geosphere-biosphere : Distribution, soil-vegetation transfer, and effect on the physiologiy of plants
Transfert des terres rares à l'interface géosphère-biosphère : répartition, transfert sol-végétation, et effet sur la physiologie des plantes
Résumé
Background and aims Rare Earth Elements (REE) are widely used to trace naturalgeochemical processes. They are also increasingly used by man (electronics industry, medicine,agriculture) and therefore considered as emerging pollutants. The present documents studies REEmobility in non-polluted natural soil-plant systems in order to characterize their environmentalavailability for future anthropogenic pollution. The first part of this thesis is based on a fieldapproach in non-polluted natural sites with contrasting geological environments (limestone, granite,and carbonatite) and highly variable REE contents. The second part consist in an experimentalapproach under controlled conditions, in order to study REE’s effect on vegetation.REE concentrations in soils do not directly reflect bedrock concentrations, but dependlargely on pedogenetic processes and on the mineralogy of bedrock and soil. The soils of all sitesare with respect to bedrock enriched in heavy REE. The REE uptake by plants is not primarilycontrolled by the plant itself, but depends on the concentration and the speciation in the soil and theadsorbed soil water pool. REE uptake by plant roots are linked with those of Fe. Roots absorbpreferentially the light REE. Before translocation, REE are retained by the Casparian strip leadingto much lower concentrations in the aerial parts. The transport of the REE within the xylem isassociated with the general nutrient flux. This nutrient flux could be affected by the addition of highREE concentrations. Thus, the presence of high REE concentrations in the environment has anegative effect on the germination and the roots growth.
À l’origine, les Terres Rares (TR) sont utilisées pour tracer les processus géochimiquesnaturels. Depuis quelques années, elles sont de plus en plus utilisées par l'industrie, la médecine etl'agriculture. Cette utilisation croissante entraîne de nouveaux risques et nous amène à considérerles TR comme des polluants émergents. Dans ce contexte, ce travail de thèse propose une étude dela mobilité et de la répartition des TR dans le système sol-plante, ainsi que leur effet sur lavégétation. La première partie de ce document présente l'approche de terrain employée, soit le choixde sites non pollués avec des contextes géologiques différents (calcaire, granitique et carbonatique),afin de comparer les transferts et la répartition des TR en milieu naturel. La deuxième partie de cemanuscrit est orientée vers une approche en milieu contrôlé, permettant d'étudier l'effet des TR surla germination et la croissance des plantes.Les résultats indiquent que les concentrations en TR ne reflètent pas directement lesconcentrations de la roche, dans la mesure où elles apparaissent dépendantes des processuspédologiques et des teneurs en phases minérales riches en TR. Les sols présentent tous unenrichissement en TR lourdes lié aux complexes formés à partir des TR lourdes et des oxydes defer. La végétation, quant à elle, présente systématiquement un enrichissement en TR légères,résultant en partie de cette liaison entre TR lourdes et oxydes de fer. Les TR montrent un fort lienavec le fer dans le continuum sol- végétation, indiquant que les processus pédologiques etphysiologiques à l’origine de l'absorption des TR, sont étroitement liés à ceux du Fe. Le transfertdes TR dans la plante entraîne leur accumulation dans le système racinaire, où elles seront bloquéespar la bande de Caspary. Ce phénomène limite alors le transfert vers les organes aériens via le fluxnutritif. Les concentrations en macro-éléments de ce flux nutritif pourraient être influencées par laprésence de fortes concentrations de TR dans les racines. L'application de fortes concentrations enTR influencent également la germination et la croissance racinaire des végétaux.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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