Transitions redox des métaux toxiques induites par le feu dans le continuum sol-plante-air – FIRE

L'augmentation de la fréquence et de l'intensité des feux dans le monde est largement due au changement climatique global. Ces feux peuvent avoir un impact significatif sur la qualité des sols et de l'eau, et les polluants qu'ils libèrent dans l'air peuvent être transportés sur de longues distances. Des preuves récentes suggèrent que les feux de forêt peuvent mobiliser des éléments tels que le chrome hexavalent Cr(VI) qui est cancérogène. Malgré cela, les risques associés aux feux de parcelles agricoles sont peu étudiés. À l'échelle mondiale, ces feux, souvent déclenchés intentionnellement, brûlent environ 81 millions d'hectares chaque année. Avec l'expansion de l'agriculture, la contribution de ces feux à la pollution des sols, de l'eau et de l'air devrait augmenter.
Le projet FIRE vise à améliorer la compréhension des mécanismes de formation du Cr(VI) lors des feux agricoles, de sa mobilisation dans les sols et de son prélèvement par les cultures. Ce sujet est particulièrement pertinent dans les régions où les concentrations naturelles en Cr dans les sols sont élevées. Ces concentrations élevées de Cr (généralement sous forme de Cr(III)) sont d’origine géogénique, comme les roches ultramafiques (La Réunion, France), ou d’origine anthropique, notamment les activités minières (vallée de Sukinda, Inde). L’oxydation du Cr(III) en Cr(VI) sous l’effet de la chaleur dépend de la spéciation initiale du Cr dans les sols, en particulier de la goethite substituée par le Cr, qui se transforme en hématite sous l’effet de la chaleur, entraînant la libération de Cr. Cependant, le mécanisme exact, l’ampleur et la cinétique de cette oxydation restent mal compris. Dans une approche innovante, nous comparerons les effets de la transformation induite par le feu sur le Cr redox-actif et le nickel (Ni) un métal non redox-actif fréquemment associé au Cr. La recherche couvrira différentes échelles depuis la parcelle expérimentale jusqu’à l’échelle moléculaire.
Le projet FIRE est structuré en quatre work packapes (WP), chacun correspondant à des objectifs spécifiques. Le WP1 consistera en des expériences contrôlées de feux agricoles sur le terrain afin d’enregistrer les variations de température du sol et d’évaluer la transformation et la disponibilité du Cr et du Ni dans les échantillons de sol et de cendres. Le WP2 se concentrera sur des expériences en laboratoire pour étudier les mécanismes clés à l’origine des changements de spéciation du Cr dans les sols affectés par le feu. Le WP3 quantifiera l’absorption du Cr par les plantes après les feux agricoles en mettant en œuvre le Rhizotest, et évaluera les stratégies d’atténuation de sa biodisponibilité. Enfin, le WP4 fournira une caractérisation approfondie de la spéciation des métaux dans les échantillons clés des WP1, WP2 et WP3 à l’aide de techniques spectroscopiques avancées.
Les équipes scientifiques impliquées dans le projet FIRE rassemblent des expertises complémentaires en pratiques agricoles et biodisponibilité (CIRAD, France), en géochimie environnementale (Université de Vienne, Autriche) et en analyses moléculaires et chimiques avancées (CEREGE, France), formant ainsi un consortium de collaboration multidisciplinaire et complémentaire. Leurs partenariats de longue date et leurs compétences diversifiées favorisent des approches innovantes et interdisciplinaires pour relever les défis environnementaux du projet. Le co-encadrement des doctorants par plusieurs partenaires permettra également d’intégrer différentes perspectives scientifiques.
Le projet FIRE vise à combler une lacune importante dans la connaissance des impacts environnementaux des feux agricoles. Bien que ces feux soient courants, peu de données existent sur la transformation du Cr en sa forme cancérogène Cr(VI) dans les sols cultivés. La contamination potentielle des sols, de l’air et des cultures par le Cr(VI) représente un défi majeur pour la préservation de l’environnement, la santé publique et la sécurité alimentaire.