Results of the six first months of monitoring of the mionnay lysimetric plateform

Résultats des six premiers mois de suivi de la plateforme lysimétrique de Mionnay (69)

Ania Morvannou (1) , Sara Bisone (1) , Nicolas Forquet (1)

1 UR REVERSAAL - Réduire, valoriser, réutiliser les ressources des eaux résiduaires

This report provides in-depth description of the three soils selected for the study and the behavior of the pollutants flowing in and out the lysimeters. The initial textural, hydrodynamic and geochemical properties were determined by laboratory analyses and will serve as reference for later analyses carried out along the operation of the lysimeters. Results of flow in and out and pollutant concentrations (major and trace elements) monitoring during the first 6 months of feeding are presented. The following elements may be considered: the infiltration capacity of Ars-sur-Formans soil is the lowest of the three soils of the study. The lysimeter corresponding to this soil drains a little during the rest periods causing limitation of the oxygen renewal and consequently low nitrification. On the other hand, the nature of the clays present in this soil does not indicate any risk of swelling. The cation exchange capacity is considered as medium as well as the phosphorus adsorption. No particular pollution was detected with the major physico-chemical characteristics and the elemental total contents of this soil. the infiltration capacity of Civrieux d’Azergues soil is more important than the infiltration capacity of Ars-sur-Formans soil. During rest periods, drainage is more efficiently carried out in the lysimeter containing this soil than the previous one. On the other hand, increasing the value of the hydraulic head at this lysimeter basis has led to the development of a thick saturated zone which maintains a high water content in the monolith during the feeding periods. The clay content in this sol is low and as before, the cation exchange capacity as well as the phosphorus adsorption can be qualified as medium. As before, no particular pollution was detected with the major physico-chemical characteristics and the elemental total contents of this soil. the soil from Bègles has the greatest drainage capacity of the three soils (with very high spatial variation). In addition, the presence of preferential flows in the lysimeter corresponding to this soil was demonstrated by the hydraulic monitoring and high TOC concentration measured at the outlet; these latter measurements also provid information about a leaching phenomenon occurring within this lysimeter. On the other hand, the phosphorus adsorption and cation exchange capacities are high and the soil analysis indicates a significant risk of clay swelling with the presence of Montmorillonite. The analysis of the elemental total contents of soil samples indicates abnormally high levels of organic carbon and calcium in the deepest horizons. In general for the three lysimeters, in the presence of high TOC and ammonium concentrations, the removal efficiencies are very high thanks to the filtration and nitrification processes, respectively. Phosphates and some metallic trace elements (Fe, Li, Al, Mn and Rb) are retained in all three soils while other trace metallic elements are released (Cd, As, Sb and U), in particular by the lysimeter corresponding to the soil from Bègles.

Ce rapport est consacré à la connaissance plus approfondie des trois sols retenus pour l’étude et du comportement des polluants entrants et sortants des lysimètres. Afin de connaitre l’état initial des trois sols, la caractérisation de leurs propriétés texturales, hydrodynamiques et géochimiques a été effectuée grâce à des analyses en laboratoire. Un suivi hydraulique ainsi que le suivi des polluants majeurs et des éléments traces métalliques pendant les 6 premiers mois d’alimentation ont été réalisés grâce aux lysimètres. On peut retenir les éléments suivants : la capacité d’infiltration du sol provenant d’Ars-sur-Formans est la plus faible des trois sols de l’étude. Le lysimètre correspondant à ce sol se draine peu pendant les périodes de repos entrainant une limitation du renouvellement en oxygène et par conséquent une nitrification faible. En revanche, la nature des argiles présentes dans ce sol n’indiquent pas de risques de gonflement. La capacité d’échange cationique ainsi que l’adsorption du phosphore peuvent être qualifiées de moyenne. A noter qu’aucune pollution particulière n’a été décelée lors de l’étude du contenu total de ce sol. la capacité d’infiltration du sol provenant de Civrieux d’Azergues est plus importante que celle du sol d’Ars-sur-Formans. Pendant les périodes de repos le drainage se fait plus efficacement dans lysimètre contenant ce sol que le précédent. En revanche, le fait d’augmenter la valeur de la consigne à la base de ce lysimètre a conduit au développement d’une zone saturée épaisse qui maintient une teneur en eau élevée dans le monolithe durant les périodes d’alimentation. La teneur en argile dans ce sol est faible et comme précédemment, la capacité d’échange cationique ainsi que l’adsorption du phosphore peuvent être qualifiées de moyenne. A noter qu’aucune pollution particulière n’a été décelée lors de l’étude du contenu total de ce sol. le sol provenant de Bègles présente la plus grande capacité de drainage (avec une très forte variation spatiale) des trois sols. De plus, la présence d’écoulements préférentiels dans le lysimètre correspondant a été démontrée grâce au suivi hydraulique et aux mesures de concentrations élevées en COT en sortie ; ces dernières mesures apportant aussi des informations quant à un phénomène de lixiviation se produisant au sein de ce lysimètre. D’autre part, les capacités d’adsorption du phosphore et d’échange cationique sont élevées et l’analyse du sol indique un risque notable de gonflement des argiles à travers la présence de Montmorillonite. L’analyse de la composition du contenu total des échantillons de ce sol signale des teneurs en carbone organique et en calcium anormalement élevées dans les horizons les plus profonds. De manière générale pour les trois lysimètres, lors du suivi des concentrations des polluants majeurs il a été observé qu’en présence de fortes concentrations en COT et en ammonium, les rendements d’élimination sont très élevés grâce aux processus de filtration et de nitrification, respectivement. Les phosphates et certains éléments traces métalliques (Fe, Li, Al, Mn et Rb) sont retenus dans les trois sols alors que d’autres éléments traces métalliques sont relargués (Cd, As, Sb et U), notamment par le lysimètre correspondant au sol provenant de Bègles.

Mots clés: Initial state; Textural; hydrodynamic and geochemical properties; hydraulic monitoring; monitoring of major pollutants; Metallic trace elements; Infiltration capacity; risks of clay swelling; Cation exchange capacity; phosphorous adsorption

Mots clés: Etat initial; propriétés texturales; hydrodynamiques et géochimiques; suivi des polluants majeurs; suivi des éléments traces métalliques; capacité d'infiltration; Gonflement des argiles; Capacité d'échange cationique; phosphore

Domaines: Sciences de l'environnement; Sciences du Vivant [q-bio]

Ania Morvannou, Sara Bisone, Nicolas Forquet. Résultats des six premiers mois de suivi de la plateforme lysimétrique de Mionnay (69). INRAE. 2017, pp.1-50. ⟨hal-04564943⟩