Le devenir des contaminants est contrôlé par la spéciation de la matière organique colloïdale – C-FACTOR

De nombreux contaminants (métaux lourds, metalloïdes, radionucléides, pesticides, hydrocarbures, médicaments) sont retrouvés dans les eaux de surface ou souterraines, les sédiments et les sols. Compte tenu de leur utilisation intensive et de la menace qu'ils représentent pour la santé publique, la vie aquatique et l'environnement, le comportement et le devenir de ces contaminants sont particulièrement préoccupants. Une des voies majeures mais mal-connue du transfert de ces contaminants sont les colloïdes et cela en raison de leur grande surface réactive vis-à-vis des contaminants. Ces derniers sont omniprésents dans l’environnement et peuvent être transportés sur de grandes distances. Les colloïdes naturels sont souvent des assemblages complexes de matière organique naturelle (MON) et de minéraux, formant des colloïdes organo-minéraux (COMs) dont la petite taille et l’hétérogénéité rendent difficile leur caractérisation et la quantification des processus intervenant à leur surface. Bien que de nombreuses études expérimentales et théoriques aient été réalisées durant ces trente dernières années, les modèles numériques ne parviennent toujours pas à prédire correctement les interactions entre contaminants et COMs. Le projet C-FACTOR a donc pour but de développer le premier modèle numérique prédictif des interactions entre contaminants et COMs. Pour cela, C-FACTOR fait l’hypothèse de l’existence d’une relation entre composition, taille, structure et morphologie des COMs et leur réactivité de surface vis-à-vis des contaminants. Pour vérifier cette hypothèse, C-FACTOR doit faire face à quatre défis majeurs. Si de nombreuses études ont mis en évidence un fractionnement de la MON à la surface des minéraux, (1) les facteurs environnementaux et les mécanismes responsables de ce fractionnement sont méconnus et (2) la réactivité de la MON dans les COMs vis-à-vis des contaminants a rarement été étudiée. De plus, (3) bien que la MON soit de nature supramoléculaire (constituée de petites et de macromolécules pouvant s’associer et se dissocier), les modèles numériques actuels considèrent toujours la MON comme purement constituée de macromolécules indivisibles. Finalement, (4) le terme « réactivité de surface » est vague car la surface des COMs est hétérogène : de nombreux sites de complexation sont disponibles pour les contaminants, et ils diffèrent selon le contaminant. Pour relever ces défis, une caractérisation approfondie des COMs sera réalisée, en mettant l’accent sur la spéciation de la MON, pour des COMs formés sous l’influence de facteurs environnementaux variés avec, donc, des compositions/tailles/structures/morphologies très différentes. Une nouvelle méthodologie basée sur le développement d’une « sonde » de la réactivité de surface des COMs sera mise au point. Elle consistera à étudier l’adsorption de contaminants variés (métaux, métalloïdes, composés organiques), chacun d’entre eux étant utilisé pour déterminer la nature et la quantité des différents types de sites à la surface des COMs. Basé sur ce jeu de données, le modèle géochimique développé calculera explicitement l’adsorption de la MON sur les minéraux, en tenant compte de sa nature supramoléculaire, et prédira les interactions entre de nombreux contaminants et les COMs, prenant ainsi en compte l’hétérogénéité de leur surface. Le modèle sera testé et validé, et son domaine d’applicabilité et ses limites seront déterminés en le confrontant à des données obtenues pour des COMs naturels, collectés sous différentes conditions biogéochimiques et pédoclimatiques. Ce nouveau modèle sera développé dans un célèbre code de spéciation pour une large dissémination des résultats, aussi bien dans le secteur public que privé. Il constituera, un puissant outil d'évaluation des risques ou d’élaboration de stratégies de remédiation.