Hydrocarbonnes Aromatiques Polycycliques (HAP) dans les stalagmites : présence et utilisation pour étudier les environnements passés
Résumé
Les hydrocarbonnes aromatiques polycycliques sont des molécules produites en partie par la combustion de matières organiques, que ces combustions soient d'origine naturelle ou anthropique. En raison de leur caractère toxique, ces molécules ont été largement étudiées dans l'environnement, tant au niveau de leur sources que de leurs transferts ou de leurs puits potentiels. Par exemple, des travaux ont montré qu'à partir des profils de HAP, on peut distinguer les sources de production (essence végétale, type de carburant) voire les types de combustions impliquées (avec ou sans flamme ...). Nous avons testé ce potentiel en cherchant à distinguer par les HAPs, dans une stalagmite du Vercors, des phases reconnues d'essartage (écobuage) et des phases de charbonnage. Une stalagmite bien datée sur les 400 dernières années, prélevée dans le plateau du Vercors (Choranche), a été analysée. Cette étude a été accompagnée d'une analyse des sources potentielles de HAP dans les sols. Afin d'optimiser l'extraction des HAPs dans la stalagmite, les rendements obtenus par soxhlet et par ultrason ont été comparés. Les meilleurs résultats ont été obtenus en réalisant une extraction par ultrason sur les échantillons de stalagmites broyés (1,5 g de calcite qui représente une période de croissance entre 50 et 100 ans). L'analyse a été réalisée par une méthode courante couplant HPLC et détection fluo. Les distributions de HAP ont été obtenues pour les sols et la stalagmite. Le premier résultat est que malgré le caractère hydrophobe bien connu des HAPs, on les retrouve en quantité non négligeable dans la stalagmite : selon les échantillons la somme totale des HAPs présents varie de 18 à 30 ng/g. Le deuxième résultat est qu'alors que classiquement les profils HAP des sols sont dominés par les HAP lourds (plus lourd que l'anthracène), les profiles HAPs des stalagmites sont dominés par les HAPS légers, en général plus solubles et labiles. Pourtant la distribution générale des profils de HAPs dans la stalagmite n'est liée ni à la fraction insoluble, ni aux indices qualitatifs de la matière organique (spectrofluorescence) ce qui semble montrer des modes de transfert plus complexe qu'un simple transfert contrôlé par la plus faible hydrophobicité des composants ou par une complexation avec les matières organiques plus solubles. Du point de vue paléoenvironnemental, la présence quasi exclusive de HAPs légers au sein de la calcite interdit toute utilisation des indicateurs classiques de source ou de type de combustions développés à partir des HAPs lourds. Ainsi, l'utilisation des HAPs ne semble pas très intéressante pour l'étude des paléoenvironnements. Par contre, leur transport fournit des indications intéressantes sur le mode de transfert de ces composés organiques très peu solubles du sols vers l'aquifère puis vers le piège sédimentaire. Incidence d'une production de charbon de bois sur les matières organiques émises dans l'atmosphère et diffusées dans les sols Pissot N.a, Poulenard J.b, Besombes J.L.a, Fanget B.c, Guittonneau S.a, Saber A-I.a, Deutsch L.a, Silvestre M.a,b,c,, Perrette Y.c a. Université de Savoie. Laboratoire de Chimie Moléculaire et Environnement. Polytech'Savoie — Savoie Technolac, 73376, Le Bourget du Lac, France. b. Université de Savoie. Centre Alpin de Recherche sur les Réseaux Trophiques des Écosystèmes Limniques — Savoie Technolac, 73376, Le Bourget du Lac, France. c. CNRS. Environnements et DYnamiques des Territoires de Montagne — Savoie Technolac, 73376, Le Bourget du Lac, France. La production de charbon de bois en motte (charbonnage) est une opération très pratiquée à l'échelle mondiale. Ce mode de production utilisé depuis l'antiquité a également été très largement mis en oeuvre en Europe pendant des siècles et a fortement marqué les paysages (effet sur la végétation et sur la topographie, aménagements hydrauliques...). Une association du Vercors visant la valorisation des savoir-faire locaux a réalisé une "cuite" traditionnelle en septembre 2007 sur la commune de Saint Julien en Vercors (26). Cette cuite a fourni une opportunité scientifique exceptionnelle pour étudier les implications de cette technique sur l'environnement. La production de charbon de bois par le biais d'une charbonnière en motte consiste en la cuisson sans flamme de bois. Une pyramide de bois est constituée autour d'une cheminée centrale avant d'être fermée par un mélange de terre et de mat racinaire. La cuite est contrôlée par la ventilation de la motte au moyen de trous fermés ou ouverts dans cette gangue de terre. La qualité de la cuisson est suivie en fonction de la couleur des fumées. Cette description factuelle de la méthode du charbonnage en motte montre que cette activité a une incidence notable sur l'atmosphère durant la cuite et sur les sols après celle-ci. Afin d'évaluer ces deux aspects, les émissions atmosphériques et les matières organiques des sols (types, produits chimiques disponibles) ont été étudiées. L'analyse par Chromatographie en phase Gazeuse couplée à un Spectromètre de Masse (GC-MS) des échantillons d'aérosols prélevés, montre des concentrations absolues en traceurs de combustion de la biomasse très importantes, en particulier pour le lévoglucosan (dérivé de la cellulose), avec des concentrations moyennes de 11,9 mg.m-3 au démarrage de la charbonnière, et de 4,1 mg.m-3 en allure nominale. Les profils d'émission des méthoxyphénols (dérivés de la lignine) observés sont en accord avec ceux rencontrés dans la littérature, avec notamment des émissions beaucoup plus importantes des diméthoxyphénols par rapport aux monométhoxyphénols, caractérisant la combustion d'un bois dur (dans notre cas le hêtre). La mesure des données usuelles de la caractérisation de l'aérosol montre une composante organique très importante allant jusqu'à des concentrations moyennes de 120,2 mg.m-3 en carbone organique et de 8,3 mg.m-3 en carbone élémentaire. À l'émission de la charbonnière cet aérosol présente de très fortes concentrations en Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) particulaires. Les sols du centre de la charbonnière sont étudiés deux jours après la fin de la cuisson et six mois après cette