Transfert of Rares earths elements in the interface geosphere - biosphere

Transfert des terres rares à l'interface géosphère biosphère Répartition, transfert sol-végétation, et effet sur la physiologie des plantes

Laure Brioschi (1)

1 LCE - Laboratoire Chrono-environnement (UMR 6249)

Background and aims Rare Earth Elements (REE) are widely used to trace natural geochemical processes. They are also increasingly used by man (electronics industry, medicine, agriculture) and therefore considered as emerging pollutants. The present documents studies REE mobility in non-polluted natural soil-plant systems in order to characterize their environmental availability for future anthropogenic pollution. The first part of this thesis is based on a field approach in non-polluted natural sites with contrasting geological environments (limestone, granite, and carbonatite) and highly variable REE contents. The second part consist in an experimental approach under controlled conditions, in order to study REE's effect on vegetation. REE concentrations in soils do not directly reflect bedrock concentrations, but depend largely on pedogenetic processes and on the mineralogy of bedrock and soil. The soils of all sites are with respect to bedrock enriched in heavy REE. The REE uptake by plants is not primarily controlled by the plant itself, but depends on the concentration and the speciation in the soil and the adsorbed soil water pool. REE uptake by plant roots are linked with those of Fe. Roots absorb preferentially the light REE. Before translocation, REE are retained by the Casparian strip leading to much lower concentrations in the aerial parts. The transport of the REE within the xylem is associated with the general nutrient flux. This nutrient flux could be affected by the addition of high REE concentrations. Thus, the presence of high REE concentrations in the environment has a negative effect on the germination and the roots growth.

À l'origine, les Terres Rares (TR) sont utilisées pour tracer les processus géochimiques naturels. Depuis quelques années, elles sont de plus en plus utilisées par l'industrie, la médecine et l'agriculture. Cette utilisation croissante entraîne de nouveaux risques et nous amène à considérer les TR comme des polluants émergents. Dans ce contexte, ce travail de thèse propose une étude de la mobilité et de la répartition des TR dans le système sol-plante, ainsi que leur effet sur la végétation. La première partie de ce document présente l'approche de terrain employée, soit le choix de 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 ce manuscrit est orientée vers une approche en milieu contrôlé, permettant d'étudier l'effet des TR sur la germination et la croissance des plantes. Les résultats indiquent que les concentrations en TR ne reflètent pas directement les concentrations de la roche, dans la mesure où elles apparaissent dépendantes des processus pédologiques et des teneurs en phases minérales riches en TR. Les sols présentent tous un enrichissement en TR lourdes lié aux complexes formés à partir des TR lourdes et des oxydes de fer. 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 lien avec le fer dans le continuum sol- végétation, indiquant que les processus pédologiques et physiologiques à l'origine de l'absorption des TR, sont étroitement liés à ceux du Fe. Le transfert des TR dans la plante entraîne leur accumulation dans le système racinaire, où elles seront bloquées par la bande de Caspary. Ce phénomène limite alors le transfert vers les organes aériens via le flux nutritif. Les concentrations en macro-éléments de ce flux nutritif pourraient être influencées par la présence de fortes concentrations de TR dans les racines. L'application de fortes concentrations en TR influencent également la germination et la croissance racinaire des végétaux.

Mots clés: Rare Earth Elements (REE); environmental availability; root absorption and translocation

Mots clés: Terres Rares (TR); disponibilité environnementale; polluants émergents; absorption racinaire et translocation

Domaines: Biodiversité et Ecologie

Laure Brioschi. Transfert des terres rares à l'interface géosphère biosphère Répartition, transfert sol-végétation, et effet sur la physiologie des plantes. Biodiversité et Ecologie. Université de Franche-Comté, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00772117v1⟩