Les arbres, mémoire durable de la pollution atmosphérique
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1. re Organique M O La part min rale du d p t est compos e en grande partie de composants issus des argiles silice calcium aluminium fer potassium magnesium Pour distinguer les l ments polluants qui sont principalement apport s par l atmosph re nous avons tent de soustraire dans la composition du d p t les l ments provenant de la M O et ceux appartenant structurellement aux argiles C est ce que nous avons fait en concevant une m thode avec de calcul de AEF 3 2 3 Composition de l AEF La d marche de d termination de l F n cessite d valuer qualitativement et quantitativement les l ments appartenant structurellement la M O d une part et a l argile d autre part pour les d falquer du total Le reliquat d fini en masse et en composition nous semble repr senter la fraction l mentaire issue de l atmosph re directement ou indirectement L AEF est issue des rejets de substances polluantes dispers es ou particulaires industrie chauffage incineration automobile A partir des profils l mentaires du Tableau 1 et connaissant la masse de M O et d argiles pr sents dans le d p t on peut en tablir la masse de AEF et donc sa concentration l mentaire Tableau 2 Pour r aliser ce calcul une formule hypoth tique de M O a t retenue en se r f rant la bibliographie 14 15 et une formule d argile moyenne inspir e de la bibliographie 16 et ajust e partir des analyses locales de2. sol JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 gt 1000 ug g 1000 gt gt 100 ug g 100 gt gt 10 ug g lt 10 ug g Fe 59831 25282 Pb 635 481 Sn 93 49 Sm 7 9 7 1 Ca 54886 84560 V 553 601 Sb 70 45 Hf 5 7 22 5 Si 30647 21262 Cr 509 215 La 56 35 U 4 5 2 6 Mg 13233 7878 Sr 332 280 Rb 53 55 K 12043 1703 Ni 316 300 Co 53 29 Na 8698 5221 Zr 292 127 As 35 18 Ti 6826 2648 Ce 130 80 Mo 26 15 Zn 4200 2066 Ga 22 20 Cu 1374 1327 W 22 9 Ba 1164 732 Cd 14 12 Mn 1046 882 Cs 14 12 Tableau 2 Composition l mentaire de l AEF ug g calcul partir des mesures des d p ts sur les corces Moyenne E T n 11 On sait que la masse moyenne de AEF pour 1g de d p t moyen Tableau 1 est de 66 19mg 66161 19117ug g Connaissant les valeurs de concentration de l AEF dans le d p t on peut tablir la part de chaque l ment qui est issue de l apport atmosph rique Tableau 3 AEF Atmospheric Elements Fraction AEF Depot total gt 50 AEF Depot total lt 50 Cd 97 Sr 47 Pb 94 Sm 47 V 93 Zr 44 Sb 92 Ga 41 Sn 91 Ti 38 Cu 90 Fe 37 Zn 82 Hf 36 Mo 78 Ca 33 Ni 76 Mn 30 Cr 71 Na 29 W 64 Mg 23 Co 62 Rb 15 Ce 61 K 11 Cs 55 Si 4 U 54 La 53 As 52 Ba 51 Tableau 3 Rapport du stock en de l AEF sur le depot total pour chaque element Le Tableau 3 nous donne la part du stock de chaque element qui est apport e par l atmosph re d apr s notre calcul d AEF Pour le
3. surnageant sont s par s et s ch s et leur masse mesur e D apr s ce proc d le surnageant contient les l ments issus des fractions solubles et colloidales du d p t superficiel Le culot est compose de particules solides 2 1 2 Contenu interne Apres un lavage de surface l corce dans sa totalit ou les diff rents tissus de l corce ou du bois on t pr lev s s ch s et pes s La masse par unit de surface et le contenu en eau ont t mesur s Le fractionnement des tiges est r alis suivant la m thode de Catinon et al 2007 10 2 2 Methodes de dosage 2 2 1 ICP MS Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer L echantillon analyser subit d abord un traitement chimique visant a d truire la mati re organique et dissoudre totalement les diff rents l ments pr sents 11 L analyse qui suit est retrouv e Figure 1 L ICP MS est la m thode actuellement la plus employ e pour l analyse des elements en trace et ultra traces l ments dont la teneur est inf rieure 10 g g Cette m thode permet d analyser 20 a 30 elements differents avec une excellente sensibilit lui permettant de d tecter des l ments pr sents au niveau du ppt dans une solution Sans aucune s paration chimique il permet l analyse de nombreux l ments en trace au niveau du ppb 10 g g La pr cision varie d un l ment l autre en fonction du potentiel d ionisation et des matrices tudi es l incertitude moy
4. un fr ne L echelle colorim trique situ e droite de chaque image nous donne une concentration en unit s arbitraires allant du bleu concentration la plus faible jusqu au vert concentration la plus forte Les images du calcium et du potassium nous donnent des concentrations homog nes environ 40 u a pour Ca et 12 u a pour K On distingue des zones plus concentr es jusqu 115 pour Ca et 25 pour K qui pourraient correspondre des particules et ou des cristaux pour Ca et a des accumulations sp cifiques apres vaporation pour K Pour Mn Fe Zn et Cu les concentrations sont h t rog nes et les fortes concentrations sont sous forme particulaire particules bien visibles pour le fer Sur l image du fer une zone plus concentr e est bien visible dans lencadr d une taille de 45um de diam tre environ 130 u a mais il est difficile de d tablir l tat pr cis dans lequel se trouve les l ments En reportant la m me zone aux cartes des autres l ments on retrouve une concentration plus lev e pour le mangan se qui poss de d ailleurs d autres zones communes avec le fer dans les cercles qui correspondent des particules La situation est plus ambigu pour Zn et Cu et ne semble pas tre retrouv e chez Ca et K Il s agirait donc de particules multi l mentaires qui contiendraient du fer et du mangan se d origine atmosph rique tr s probable ainsi que d autres l ments qui n apparaissent pas dans ce d
5. JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 1 a Va 4 Lu a p T i 3 i TL Pere g ae Figure 5 Analyse PIXE de 6 elements Ca K Mn Fe Zn et Cu sur un depot issu du lavage de l corce d un fr ne de 4 ans Les Concentrations sont donn es en unit arbitraire sur le cote droit des images PIXE Charge 5 8476uC pas du faisceau 5x5um surface analys e 1000x1000 um 10 JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 Particule n 4 10 0 pm Ly 1 ini a Figure 6a Cliche MEB d un d p t de surface sur l corce d une tige de fr ne de 4 ans observe au microscope lectronique balayage Charge 7 00 kV lectrons r trodiffus s AsB grossissement x1486 surface observ e 75x56um ml Ju Figure 6b Spectre du profil l mentaire de la particule n 4 figure 6a obtenu par la m thode MEB EDX 11 JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 Sur les 17 particules s lectionn es 13 sont des particules de calcium 2 de silice et aluminium et une de silice Ces particules semblent de par leur composition provenir de l argile et auraient donc une origine principalement terrig ne La pr sence d une particule de fer parmi les particules s lectionn es dans le d p t est en accord avec les r sultats pr c dents d abord le fer est l l ment majoritaire dans AEF des d p ts sur les corces Tableau 2 D autre part la m thode PIXE nous a permis de mettre en vidence du fer sous forme particulaire
6. Les arbres memoire durable de la pollution atmospherique elementaire Mode d emploi M CATINON S AYRAULT J ASTA M TISSUT R CLOCCHIATTI et P RAVANEL Michael Catinon e ujf grenoble fr 1 Laboratoire LECA UMR 5553 Equipe Perturbations Environnementales et X nobiotiques Univ J Fourier Grenoble France Laboratoire des Sciences du Climat et de l Environnement CEA CNRS UVSQ UMR 1572 Gif sur Yvette France 3 Laboratoire Pierre Sie CEA CNRS UMR 9956 Saclay France Mots cl s Ecorces d arbres Pollution atmosph rique M taux ICP MS PIXE MEB EDX 1 INTRODUCTION Les m taux lourds sont pr sents dans l atmosph re avec des teneurs en augmentation constante r sultant de la croissance de certaines emissions anthropiques se superposant la fourniture naturelle R cemment des recherches se sont focalis es sur l analyse de la deposition des particules atmosph riques dans l environnement et une relation troite entre la taille de la fraction des particules inhalables et les effets aigus sur la sant a t tablie 1 Les programmes actuels de surveillance de l air impliquent des co ts lev s et un support technique consid rable Ces m thodes de dosage semi quantitatives pr sentent des limites dans l chantillonnage et le suivi d un petit nombre seulement de sites villes industries m talliques et zones de trafic dense C est pourquoi les cologues se sont int ress s aux co
7. ans la poussi re de pneus les particules d chappement de voiture Parmi ces elements certains sont adsorbes sur les matrices solides electronegativement charg es d autres sont solubilis s sous leur forme neutre ou ionique Ce d p t est il repr sentatif de la contamination de lair ainsi que des changements travers le temps Il n y a pas de reponse simple a cela JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 3 2 2 Composition du depot Les 11 d p ts de surface que nous avons tudi s ont fait l objet d analyses par ICP MS afin de doser leur contenu en l ments Cela nous a permis d tablir un profil l mentaire moyen du d p t de surface sur notre site d tude Tableau 1 M O Matiere Organique gt 1000 119 9 1000 gt gt 100 ug g 100 gt gt 10 ug g lt 109 9 M O 819432 74521 Zn 379 191 Sr 64 31 La 7 4 3 2 Si 56166 34226 Mn 231 87 Pb 45 37 Sn 6 4 4 8 AI 14759 7834 Ba 157 66 Cr 44 22 Co 5 4 2 3 Ca 13614 5517 Cu 101 70 Zr 42 24 Sb 4 8 4 1 Fe 10910 4798 V 37 30 As 4 2 1 8 K 7374 1966 Ni 27 16 Ga 35422 Mg 3410 1402 Rb 23 13 Mo 2 2 1 9 Na 1763 1078 Ce 15 6 W 2 1 12 Ti 1112 888 Cs 1 5 0 9 Sm 1 2 0 6 Hf 1 0 0 6 Cd 0 9 0 6 U 0 7 0 3 Tableau 1 Concentration des l ments ug g dans le d p t sur l corce de fr ne de 3 40 ans Moyenne ET n 11 Les r sultats du Tableau 1 d montrent que la composante principale du d p t superficiel est la Mati
8. cquisition g n re une impulsion lectrique d amplitude proportionnelle l nergie du photon Le signal analogique est alors amplifi puis converti en valeur num rique ce qui permet d obtenir un spectre Les cartes l mentaires et les spectres ont t g n r s avec le logiciel RISMIN 13 JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 Alimani d analyse Ligne pour l analyse Sosa des chantillons radioactifs 45 Er a a a ea oe oa ji a ra Accelerates de Van de Graaff Production du faisceau de protons deutons h liu 3 etm acc l ralion avec une tension are de U MS db 315 MY eS Ligne pour l analyse des chantillons non radioactifs 90 Lolhimaleurs angulares Lentilles quadnpolaires Fes IRON Ensemble les deux chambres d analyse ont une pr cision de localisaton de F chantillon de 0 5 pm Sur chaque axe xy et z La rotation a une preasion de 0 1 degre Deux objectifs optiques sont reli s une cam ra CCD pour choisir le point d analyse avec une precision de 1 pm Detectour de rayons Figure 2 Principe du fonctionnement de la methode PIXE 2 2 3 MEB EDX microscopie lectronique balayage doubl e d une analyse par dispersion d nergie des rayons X Figure 3 Le MEB analyse la surface d objets solides et produit des images de tres haute r solution bien sup rieure celle des microscopes optiques L analyse de petites particules par microscopie lectronique balayage MEB coup
9. ctive qui n cessite une certaine masse d chantillon mais nous donne la composition l mentaire de l chantillon de mani re tr s pr cise La m thode PIXE permet d obtenir la r partition des elements in situ sous forme d image et sur une zone d finie de l chantillon 1 10um La MEB EDX nous donne une image r elle des particules de tr s forts grossissement ainsi que leur profil l mentaire en semi quantitatif permettant d mettre des hypoth ses sur leurs origines 13 JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 4 2 Synthese Figure 8 Composition elementaire du Composition elementaire des depot libre tissus internes Temps d accumulation Mois lt lt quelques annees gt 4 5 ans gt 40 ans Gradient de concentration d croissant pour la plupart des elements du suber vers le centre Suber et cellules superficielles Capacit s de circulation ionique surface gt int rieur valuation et analyse Zn et Cu forts de l AEF Pb tr s faibles D pendante des r f rences Argile et M O choisies Figure 8 Schema de synth se de l accumulation de polluants inorganique sur et dans une matrice corce Le temps d accumulation des l ments dans le d p t et dans les tissus internes diff re L accumulation dans les tissus interne est pensons nous plus longue que dans le d p t qui est en contact direct avec l atmosph re Les particules qui s int grent au d p t
10. dites s che et humide wet and dry deposit 14 formant un d p t de surface Nous avons d montr que ce d p t se renouvelle continuellement influenc par les conditions m t orologiques comme la pluie Figure 12 et nous donne ainsi des informations sur la pollution atmosph rique sur des pas de temps moyens de 1 mois quelques ann es Nous avons mis au point une m thode d isolement de ce d p t Nos travaux ont aussi d montr la pr sence d l ments d origine anthropique dans les couches externes de l corce avec des concentrations sup rieures celles observ es dans les d p ts de surface 10 Cela sugg re donc une int gration d l ments polluants qui nous permet d avoir une image de la pollution atmosph rique sur des pas de temps plus longs d cennies 3 2 Analyse des d p ts de surface 3 2 1 Le depot de surface est un ecosysteme L analyse de tels d p ts montre qu ils contiennent toujours trois types de composants JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 a des quantit s importantes de mati re organique MO b des composants terrigenes argiles c une fraction elementaire atmospherique AEF Atmospheric Elements Fraction issue des a rosols atmosph riques en partie composes de polluants d origine anthropique Figure 4 La mati re organique poss de une composition tres complexe Une partie correspond de la mati re v g tale morte provenant de l corce de l arbre mais galement d autres plant
11. ely Coupled Plasma Mass spectrometry portant sur des quantit s importantes de tissus apres destruction chimique de la mati re organique JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 une visualisation des m taux et de leur distribution l chelle microscopique sur des coupes d paisseur proche de 10um par la m thode PIXE ou Proton Induced X ray Emission avec une sensibilit videmment plus faible une visualisation tr s fiable des particules int gr es dans le mat riel v g tal tudi ainsi que la d termination de leur profil l mentaire gr ce la microscopie lectronique balayage coupl e une analyse spectrometrique par dispersion d nergie des rayons X MEB EDX Notre objectif correspond ainsi l tude qualitative quantitative et spatiale des l ments en particulier les m taux lourds d origine atmosph rique sur les d p ts de surface ainsi que leur int gration dans l corce de fr ne de mani re terme permettre l laboration d une m thode de routine d valuation des niveaux de pollution inorganique de sites 2 MATERIEL ET METHODES 2 1 M thodes d echantillonnage 2 1 1 Depots sur les ecorces Le d p t sur les corces est collect a partir de surfaces d corces mesur es 20 80dm Un pinceau en plastique est utilis pour rincer r p titivement la surface de l corce raison de 10mL d eau par dm La suspension obtenue est centrifug e a 8000g pendant 15 minutes Le culot et le
12. enne de routine tant inf rieure 3 JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 Spectromelre de masse Interface Torche Plasma es q es OS SEEN Quadrip le lansation ee a a o am De tecteur ii Pompe P ristah QUE i 1 d 1 A i Pompagel AN Pamnpage chamo Figure 1 Principe du fonctionnement de ICP MS 2 2 2 PIXE Proton Induced X ray Emission Figure 2 M thode performante et non destructive la m thode PIXE consiste capter les rayons X mis par l chantillon lorsqu il est plac dans le faisceau d un acc l rateur de particules L analyse des rayons X provenant de l chantillon bombard de protons de quelques MeV permet alors de d finir sa composition multi l mentaire L mission de rayons X caract ristiques d pend des transitions lectroniques orbitales des atomes du mat riel analys Quand un lectron est ject la suite du choc avec un proton l atome s ionise et est laiss dans un tat excit Cette nergie peut tre lib r e par la transition d un lectron d une couche sup rieure vers une couche interne s accompagnant de l mission d un photon X propre chaque l ment Tous les d tails techniques sont disponibles dans Ayrault et al 2007 12 Pour l acquisition et le traitement du signal on utilise g n ralement un d tecteur semi conducteur Pour chaque photon X d tect la cha ne d a
13. es par exemple grains de pollen d bris de feuilles et poils Une partie a une origine anthropique Une autre partie est constitu e d tres vivants La mati re organique inerte qui s est accumul e dans le d p t permet le d veloppement de micro organismes La pr sence des l ments min raux nutritifs P K Ca N S Mg de la lumi re et au moins sporadiquement de l eau permet aux organismes photosynth tiques tel que les algues de se d velopper Les argiles pr sentes dans le d p t se m lent a de lhumus pour reconstituer un complexe argilo humique electronegativement charge et favorisant l adsorption des ions min raux ou organiques Dans l ensemble le d p t sur les corces d arbre appara t comme un micro cosyst me avec des processus internes probablement complexes et qui est cens avoir une stabilit non n gligeable Argiles 12 1 6 AEF 6 6 2 M O 81 3 7 4 Figure 4 Sch ma repr sentatif de la composition moyenne du depot sur les corces d arbres de la station UJF AEF Atmospheric Elements Fraction Dans un tel m lange les composants l mentaires peuvent tre s par s en plusieurs classes les composants min raux impliqu s dans la structure de l argile silicium Al Les min raux impliqu s dans la structure et le fonctionnement des tres vivants N P K Mg Fe Zn Cu les min raux impliqu s dans la structure des a rosols anthropogeniques d
14. in mosses with inductively coupled plasma mass spectrometry Biological Trace Element Research 2001 79 2 177 184 12 Ayrault S Ezzahra El Alaoui Faris F Asta J et al A PIXE and ICP MS analysis of metallic atmospheric contaminants in tree bark tissues a basis for biomonitoring uses Journal of Toxicology and Environmental Health 2007 70 9 742 749 15 JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 13 Daudin L Khodja H Gallien J P Development of position charge time tagged spectrometry for ion beam microanalysis Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 2003 210 153 158 14 Bargagli R Higer plant as biomonitors of airborn trace elements In Trace Elements in Terrestrial Plants an Ecophysiological Approach to Biomonitoring and Biorecovery Ed R Bargagli 1998 pp 238 262 Springer Verlag Berlin Heidelberg NewYork 15 Markert B Plants as Biomonitors In Indicators for Heavy Metals in the Terrestrial Environment Ed B Markert 1993 664p VCH Weinheim New York Basel Cambridge 16 Grim R E Clay Mineralogy 1953 Mc Graw Hill New York 16 JIQA 2008 7 8 f vrier 2008
15. l e de l analyse dispersive de rayons X EDX est possible sans d truire l chantillon MEB EDX fournit une information qualitative sur les l ments pr sents dans une particule ou bien sur leur localisation dans un chantillon massif Par cette technique il est possible d observer des objets de tr s petites tailles et d analyser chimiquement des zones tr s r duites quelques microns Ainsi il est possible d effectuer de v ritables cartes de r partitions chimiques pour des masses l mentaires isol es particules La sensibilit de la micro analyse chimique par MEB EDX est de quelques ppm pour les m taux et permet de d tecter aussi des l ments l gers partir du bore L appareil que nous avons utilis est un MEB de marque ZEISS SUPRA 55VP avec une colonne Gemini JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 Canon a lectrons Faisceau lectronique A 1er Condensateur y CTI ZZZ 2 me Condensateur J Spectrometre X CLL Bobines de balayage CE a SST ar FA Objectif D tecteur d lectrons r trodiffus s l E D tecteur d lectrons secondaires Echantillon Pompe vide Figure 3 Principe du fonctionnement du MEB EDX 3 RESULTATS 3 1 Un choix fondamental Pour l tude de la pollution atmosph rique inorganique nous avons choisi une matrice v g tale l corce d arbre Les particules en suspension dans l atmosph re se d posent sur l corce par des voies
16. nc instructive apr s une correction bas e sur l argile et le contenu en mati re organique Ce d p t continuellement renouvel peut il conduire une accumulation interne des polluants a l int rieur des tissus de la tige Cette accumulation est elle vraiment cumulative irr versible et sp cifique des contaminants atmosph riques qui sont actuellement une pr occupation majeure dans les pays industrialis s et d velopp s 12 JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 4 DISCUSSION 4 1 Complementarite des methodes Figure 7 G og nique Anthropique ICP MS Origine Fly ashes 200 mg Composition elementaire globale Analyse de la Identification Mesure pr cise 20 l ments composition morphologique d abondance dos s Mat riel tudi D p t libre Coupes Tissus 1 10 um gt 1 um cal Particules isol es de la M O MEB EDX PIXE Cartographie des l ments majeurs K Ca Fe Zn Mn Cu Sr Pb Imagerie microscopique et profil l mentaire Figure 7 Schema illustrant la compl mentarit de m thodes d analyse dans notre d marche d tude des polluants inorganique sur un mat riel v g tal Dans le but d expliquer comment fonctionne le mod le corce dans sa capacit accumuler les l ments polluants nous avons opt pour une d marche originale avec la combinaison de diff rentes m thodes d analyses compl mentaires les une des autres LICP MS est une m thode destru
17. olo T A and Bamgbose O Pb Zn and Cu levels in tree barks as indicator of atmospheric pollution Environ Int 2000 26 11 16 5 Pacheco A M G Barros L I C Freitas M C Reis M A Hipolito C Oliveira O R An evaluation of olive tree bark for the biological monitoring of airborne trace elements at ground level Environ Pollut 2002 120 79 86 6 Ademoroti C M A Levels of heavy metals on bark and fruit trees in Benin City Nigeria Environ Pollut Series B 1986 11 241 253 7 Suzuki K Characterisation of airborne particulates and associated trace metal deposited on tree bark by ICP OES ICP MS SEM EDX and laser ablation ICP MS Atmospheric Environment 2006 40 2626 2634 8 Lin Chih Chung Shui Jen Chen and Kuo Lin Huang Characteristics of metals in nano ultrfine fine coarse particules collected beside a heavily trafficked road Environmental Science and Technology 2005 39 8113 8122 9 Heichel G H and Hankin L Particles containing lead chlorine and bromine detected on trees with an electron microprobe Environ Sci and Tech 1972 6 13 1121 1128 10 Catinon M Ayrault S Daudin L et al Atmospheric inorganic contaminants and their distribution inside stem tissues of Fraxinus excelsior L Atmospheric Environment 2007 doi 10 1016 j atmosenv 2007 10 082 11 Ayrault S Bonhomme P Carrot F Amblard G Sciarretta M D Galsomi s L Multianalysis of trace elements
18. osage Cette m thode nous donne donc une cartographie de la r partition d un nombre limit d l ments dans le d p t On distingue des particules forte concentration l mentaire et des l ments vaste distribution La Figure 6a repr sente un clich pris avec un microscope lectronique balayage sur la surface de l corce d une tige de fr ne de 4 ans non lav e Gr ce la technique MEB EDX on peut s lectionner des particules solides sur le champ tudi et obtenir un spectre qui traduit le profil l mentaire de la particule en question gr ce l mission de rayons X Figure 6b Dans la Figure 6a on a s lectionn dans le d p t 17 particules qui apparaissent en clair du fait de la faible teneur en M O et obtenu leur spectre l mentaire gr ce la m thode EDX du MEB Nous avons retenu le spectre de la particule n 4 Figure 6b Le premier pic du spectre correspond au pic du carbone qui provient de la MO du d p t qui peut recouvrir partiellement la particule On trouve aussi de la silice et du calcium qui sont des constituants de l argile et de la M O Mais la particule semble majoritairement constitu e de fer per u gr ce aux deux pics correspondant aux deux raies de l l ment On note aussi la pr sence de fluor qui presente un pic anormalement lev dont l origine est ambigu Le premier pic du titane semble tre un artefact car il appara t sur tous les spectres avec une amplitude similaire
19. rces d arbres qui constituent un des r cepteurs biologiques typiques pour les particules en suspension dans l air aussi bien par des processus de deposition humide que s che Ainsi plusieurs tudes ont mis en uvre des corces d arbre 2 3 4 5 L corce d arbre est connue pour ses capacit s d adsorption et d accumulation de contaminants atmosph riques 6 et du fait de leur exposition long terme a l environnement les couches externes de l corce du tronc ont t utilis es pour estimer la contamination locale et r gionale en m taux lourds d origine atmosph rique dans diff rentes r gions du monde 7 La pollution atmosph rique des corces par les particules a d j t d montr e 8 En 1972 Heichel et Hankin 9 ont montr que la composition en plomb des particules int gr es dans l corce d arbre tait la m me que celle des particules rejet es par les automobiles Pourtant les m canismes d int gration des polluants inorganiques dans les corces d arbres n ont toujours pas t expliqu s C est ce que nous nous sommes propos s de faire d une part par une tude histologique avanc e du mat riel vegetal et d autre part par l identification des polluants sur et dans les corces a l aide de m thodes d observation et de dosage d l ments Techniquement notre tude s appuie sur trois approches une identification et un dosage tr s sensible des l ments par m thode spectrom trique ICP MS ou Inductiv
20. s elements pr sents dans la premi re colonne la masse apport e par l atmosph re est sup rieure a 50 de la masse totale du d p t Les l ments pr sents dans la colonne de droite sont majoritairement apport s par la M O et l argile Pour les l ments polluants que sont le cadmium le plomb le vanadium l antimoine et l tain qui sont des l ments traces m talliques on constate que l apport atmosph rique repr sente plus de 90 de leur masse dans le d p t Ces l ments sont associ s aux particules et a rosols presents dans l atmosph re et sont aussi des l ments toxiques pr sentant des risques pour la sant publique Pour les elements comme la silice ou le calcium la partie appartenant AEF est faible Cela s explique par le fait que ces l ments sont des l ments constituants de la M O et de l argile JIOA 2008 7 8 f vrier 2008 L analyse l mentaire du d p t grace a lICP MS nous donne une identification precise des elements et une determination de leur concentration Cependant la localisation histologique et les structures ayant une composition l mentaire sp cifique ne sont pas discernees Cela justifie notre choix de couplage des diff rentes m thodes d analyses qui nous permettent d avoir plus d information sur le mat riel tudi La Figure 5 illustre la r partition de 6 l ments Ca K Mn Fe Zn et Cu analys s par la m thode PIXE d un d p t de surface de 4 ans chantillonn sur
21. sont d origine g og nique et anthropique atmosph riques Ce sont ces derni res que nous essayons d estimer lors du calcul de AEF La p n tration des l ments dans le mat riel v g tal peut tre sous forme particulaire et ou sous forme soluble Une fois dans l corce les elements peuvent migrer dans les diff rents tissus plus ou moins facilement selon leur degr de solubilit Nos diff rentes m thodes de dosage nous permettent d tablir si l int gration est de forme particulaire ou de forme soluble et les concentrations du d p t et des diff rents tissus nous permet ensuite de calculer AEF et donc estimer lapport polluant atmosph rique 14 JIQA 2008 7 8 f vrier 2008 BIBLIOGRAPHIE 1 Freer Smith P H Beckett K P Taylor G Deposition velocities to Sorbus aria Acer campestre Populus deltoids Pinus nigra and Cupressocyparis leylandii for coarse fine and ultra fine particles in the urban environment Environ Pollut 2005 133 157 167 2 Bellis D J Ma R Bramall N McLeod C W Chapman N and Satake K Airborne uranium contamination as revealed through elemental and isotopicanalysis of teebark Environ Pollut 2001 114 383 387 3 Harju L Saarela K E Rajander J Lill J O Lindroos A Heselius S J Environmental monitoring of trace elements in bark of Scot pine by thick target PIXE Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 2002 189 163 167 4 Odukoya O O Arow
22. sur un d p t de 4 ans Figure 5 3 2 4 Analyse par ICP MS du contenu l mentaire des tissus superficiels de l corce Tableau 4 El ments D p t Suber Fe 13740 220 198 4 Zn 414 3 2 5 28 6 6 2 Mn 230 8 2 3 52 7 9 0 Cu 195 1 1 8 14 8 1 3 V 79 4 1 3 0 24 0 02 Pb 71 6 0 5 2 5 0 3 Cr 60 5 0 8 0 90 0 01 Ni 55 6 0 3 1 5 0 6 Cd 1 93 0 02 0 18 0 08 Tableau 4 Concentration l mentaire en ug g du d p t libre et des tissus superficiels suber de l corce de fr ne de 4 ans Moyenne E T n 3 L analyse des differents tissus s par s dans des tiges de fr ne de 4 ans 10 montre l existence d un gradient d croissant pour la plupart des l ments l exception du nickel Le cambium pr sente toujours une concentration l mentaire tr s forte qui s explique par la masse tr s r duite de la paroi cellulaire dans ce cas Les fortes concentrations toujours obtenues dans l apoplaste superficiel d montre une origine atmosph rique et plaide en faveur d un transfert peu r versible du d p t de surface vers cet apoplaste Une partie des elements dos s est attribuable des particules int gr es 3 2 5 Le d p t de surface source d une accumulation interne Nos r sultats ont montr que sur une p riode d un an ou seulement de plusieurs mois la formation rapide d un d p t qui contient videmment une partie contaminante r cente se produit L analyse d un tel m lange semble do
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