Mobilisation des polluants post-incendie dans les ressources en eau de surface – Post-FIRE
Feu & Eau : Révéler l'Impact des Incendies sur les Écosystèmes Aquatiques
Le projet vise à comprendre les mécanismes des incendies de forêt, en se concentrant sur le rôle des plantes et des molécules souvent négligés dans les recherches actuelles. En analysant les émissions et leur impact sur le sol et l'eau, il cherche à fournir des informations sur la formation des polluants et la spéciation des métaux, essentielles pour la gestion des écosystèmes.
«Les Répercussions des Incendies de Forêt sur les Écosystèmes Aquatiques : Étude Approfondie des Impacts et des Transformations
Les incendies de forêt ont un impact significatif sur les ressources en eau naturelles à la suite d'événements pluvieux. Les eaux souterraines peu profondes et les eaux de surface peuvent être affectées par le transfert de contaminants (organiques et inorganiques), de carbone organique dissous (DOC/DON) et de nutriments suite à une infiltration rapide et à des ruissellements, respectivement. Le transfert de matériau organique pyrogénique (PYROM) issu de la production de cendres, de la combustion de la matière organique du sol et des aérosols dans les eaux de surface peut altérer leur qualité et avoir un impact sur les organismes vivants. De plus, la présence de PYROM dans l'eau destinée à la consommation peut compromettre la production d'eau potable sûre.<br /><br />Notre première hypothèse postule que l'introduction de nouveaux PYROM entraînera la formation de nouveaux sous-produits de désinfection, résultant de l'utilisation d'oxydants tels que le chlore et l'ozone. Par conséquent, il est impératif de caractériser de manière approfondie la composition du matériau organique pyrogénique soluble, en particulier l'azote noir, et d'évaluer sa réactivité lors des processus de désinfection.<br /><br />La deuxième hypothèse suggère que les incendies de forêt peuvent générer des composés toxiques potentiels, qui peuvent être transférés dans les eaux de surface par ruissellement. Une attention particulière sera portée à la caractérisation de ces composés solubles, en particulier ceux classés comme composés organiques mobiles persistants (PMOC).<br /><br />La troisième hypothèse de travail propose que les incendies de forêt induisent la formation de nanophases non caractérisées et modifient la spéciation des métaux, impactant ainsi la qualité des écosystèmes aquatiques. Étant donné les implications potentielles des nanoparticules sur la qualité de l'eau, la santé humaine et le climat mondial, il est essentiel d'élucider les caractéristiques et les concentrations des nanoparticules émises lors des incendies, ainsi que les modifications de la spéciation des métaux et de la matière organique. L'accent sera mis sur la spéciation des ions métalliques, qu'ils se présentent sous forme de nanoparticules ou de complexes de matière organique métallique, tels que Fe, Zn, Cu, Cr, Mn, Si, Al et Ti, dans les cendres obtenues à partir de matériaux sources (par exemple, les arbres) dans des conditions contrôlées, ainsi que ceux générés par les incendies de forêt dans des environnements naturels. De plus, des efforts seront déployés pour caractériser la transformation de ces espèces dans les écosystèmes d'eaux de surface ou souterraines.
Post-FIRE prendra en compte la spécificité des effets en fonction du type de végétation et du type de sol. Des analyseurs de gaz complémentaires seront sélectionnés pour l'analyse continue des hydrocarbures totaux et l'analyse sélective d'une large gamme de molécules, y compris les sesquiterpènes et les phénols. Nous mènerons une étude expérimentale impliquant la combustion de différents types de végétation et caractérisant leurs émissions par des analyses chimiques avec brumisation d'eau. Cela se fera dans le même compartiment équipé d'un système de brumisation d'eau connecté à des équipements d'analyse de gaz. Les aérosols, les cendres, les plantes brûlées et le sol collectés subiront une lixiviation ultérieure avec de l'eau ultrapure pour simuler les effets des précipitations sur la mobilisation des polluants. La spectrométrie de masse FTICR et la spectrométrie de masse en tandem (Orbitrap, QTOF et IMS-Q-TOF) seront utilisées pour la caractérisation de la matière organique dans les cendres, les suies et les sols, en utilisant une large gamme de méthodes d'ionisation. Les méthodes de traitement des données géreront de grands ensembles de données. Pour l'analyse des PMOC, diverses méthodes de préparation d'échantillons seront testées et évaluées en conjonction avec GC/LC-MS/MS ou HRMS. La FTICR-MS à ultra haute résolution caractérisera les matières organiques dissoutes condensées issues de la matière organique pyrogénique, en utilisant l'ESI en ionisation négative pour les composés polaires et en envisageant l'APCI et l'APPI pour les constituants moins polaires. Nous identifierons et quantifierons les nanoparticules métalliques et les complexes OM-métal de la matrice environnementale environnante. Une approche unique combinant l'ICP-MS à particule unique et l'ICP-Tof-MS couplée à une analyse de regroupement hiérarchique détectera les nanoparticules. De plus, le sp-ICP-Tof-MS, les observations en microscopie électronique et les mesures des propriétés magnétiques dans les sols affectés par le feu exploreront les mesures magnétiques comme proxies de la gravité des incendies de forêt. Les spectromètres de masse FTICR à champ élevé permettent la détection et la caractérisation exhaustives de la matière organique extrêmement complexe, y compris les espèces contenant des métaux, en fonction de leur défaut de masse spécifique et de leur structure isotopique.
A venir
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Les incendies de forêt vont constituer un problème majeur, car leur fréquence, leur taille et leur gravité pourraient générer des émissions accrues de contaminants émergents, en plus de ceux connus. Le transfert de matières organiques pyrogènes (PYROM) et de nanoparticules inconnues (NPs) provenant de la combustion de la matière organique du sol et des aérosols dans les eaux de surface altérera leur qualité, aura un impact sur les organismes vivants et la production d'eau potable. Nos hypothèses sont les suivantes : PYROM va induire la formation de nouveaux sous-produits de désinfection générés lors du traitement. Par conséquent, nous devons mieux caractériser la composition du PYROM soluble et sa réactivité pendant la désinfection. L'accent sera mis sur la caractérisation de ces composés solubles, en particulier les composés organiques mobiles persistants, et sur le fait que les incendies génèrent une série de NPs actuellement non caractérisées et induisent des changements de spéciation des métaux qui affecteront les écosystèmes aquatiques. L'accent sera mis sur la spéciation des ions métalliques, soit sous forme de NPs, soit sous forme de complexes métal-matière organique.
Nous utiliserons des approches complémentaires pour élucider le comportement et le devenir des polluants organiques et des nanoparticules issus d'incendies de forêt, ainsi que leur production en combustion contrôlée. Les équipes disposent d'outils analytiques de pointe (SEC/multiples détecteurs, Pyrolyse GC/MS) et ont accès aux plateformes Platina /IC2MP et Infranalytics du CNRS. Les activités analytiques s'appuient également sur la plateforme PLATINE (réseau REGEF), équipée de matériels de préparation d'échantillons et de spectromètres de masse. Des instruments innovants, sp-HR-IPC-MS et sp-ICP-TOF-MS (réseau REGEF), pour la détection de la composition des NPs seront utilisés.
Coordination du projet
Marc F. Benedetti (Institut de physique du globe de Paris)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
Pprime Institut P' : Recherche et Ingénierie en Matériaux, Mécanique et Energétique
COBRA CHIMIE ORGANIQUE, BIOORGANIQUE : RÉACTIVITÉ ET ANALYSE
IC2MP INSTITUT DE CHIMIE DES MILIEUX ET MATERIAUX DE POITIERS
IPGP Institut de physique du globe de Paris
EPOC Environnements et paléoenvironnements océaniques et continentaux
Aide de l'ANR 796 089 euros
Début et durée du projet scientifique :
décembre 2023
- 48 Mois
