POLLUMINE

Suivi de la pollution et adaptabilité biologique en aval des anciens sites miniers

© CNRS Photothèque/GMGM / BERTIN Philippe
© CNRS Photothèque/GMGM / BERTIN Philippe

Les déchets issus de l’exploitation de minerais métalliques, entreposés sans précaution, constituent une source de pollution des sols et du milieu aquatique par les métaux (Pb, Cd, Tl…) et métalloïdes (As, Sb…). Ces pollutions perdurent des centaines d’années après la fermeture des mines ; elles affectent durablement la qualité de l’eau en aval des sites et peuvent dans certains cas présenter un risque sanitaire pour les populations environnantes, du fait de l’envol de poussières contaminées.

Toutefois, des processus naturels d’atténuation permettent de limiter la dissémination des polluants en les piégeant sous une forme stable ou en les transformant en composés moins toxiques ou moins mobiles. Ces processus font intervenir des espèces végétales et microbiennes adaptées à ces environnements pollués.

La colonisation des milieux et les processus de transformation des polluants qui en découlent sont longs à se mettre en place ; ils sont sous l’influence d’une forte variabilité climatique interannuelle et d’événements extrêmes (sécheresse, précipitations intenses) caractéristiques du bassin Méditerranéen. C’est pourquoi un suivi sur le long terme de ces sites est nécessaire, aussi bien en ce qui concerne les processus (physico-chimiques, microbiologiques, hydrologiques) de mobilisation, transformation et piégeage des polluants métalliques, que pour ce qui relève de la colonisation de ces milieux par des organismes adaptés aux environnements miniers pollués (espèces végétales et microorganismes).

Deux régions ateliers gardoises, caractéristiques de la géologie et du type de minéralisation à plomb-zinc retrouvés sur le bassin Méditerranéen, font l’objet de suivis dans le cadre du Service d’Observation : l’ancien site minier de Carnoulès, impacté par le phénomène de drainage minier acide (DMA) induisant une mobilisation des métaux et de l’arsenic vers le milieu aquatique, et le district minier de Saint Laurent le Minier et Saint-Hippolyte-du-Fort, où la contamination métallique concerne essentiellement le compartiment sol.

Questions scientifiques

Les suivis systématiques sur le site de Carnoulès ont pour objectif d’élucider les inter-relations qui existent entre les caractéristiques physico-chimiques des eaux minières, la structure des communautés microbiennes (bactéries, archaea, eucaryotes) et l’abondance de certaines populations impliquées dans l’atténuation naturelle de l’arsenic et du fer. Les processus microbiologiques affectant le cycle des métaux et métalloïdes dans l’hydrosystème en aval de DMAs sont également étudiés. L’étude de la résilience de l’écosystème que constitue le DMA est également abordée, suite à une mise en sécurité du site par l’ADEME ayant conduit à l’enlèvement des concrétions de fer-arsenic de type stromatolithe qui s’étaient constituées depuis 1982. La nature et l’efficacité des processus d’atténuation naturelle mis en jeu seront comparées aux processus observés avant la perturbation.

Dans la région de Saint-Laurent le Minier, il s’agit de mieux comprendre comment l’hétérogénéité de la contamination des sols en métaux lourds (principalement le zinc et le plomb) influence (1) la composition en espèces végétales ainsi que les espèces de pollinisateurs qui les visitent, (2) la phénologie de floraison, la diversité génétique, les taux d’autofécondation, les flux de gènes et l’adaptation locale chez l’espèce métallicole facultative Noccaea caerulescens, et (3) le transfert des métaux lourds dans les différents compartiments du réseau plantes-pollinisateurs.

Puisqu’il s’agit d’estimer les effets de la contamination des sols sur un ensemble de paramètres biologiques et écologiques, les observations et les mesures sont réalisées pour cette tâche d’observation aussi bien dans mines abandonnées que dans des sites utilisés comme témoins dans lesquels la pollution en métaux est inexistante.

Observations

Les observations effectuées sur le site de Carnoulès dans le cadre de la Tâche d’Observation « Observatoire de l’ancien site minier de Carnoulès » concernent :

  • les principaux paramètres physico-chimiques, les concentrations en métaux et métalloïdes dans les eaux de nappe et les eaux d’exhaure,
  • les hauteurs d’eau dans la nappe drainant le stock de déchets,
  • les débits à l’exutoire
  • les communautés microbiennes dans les eaux et sédiments.

Les observations effectuées dans la région de Saint Laurent le Minier concernent pour moitié des mines abandonnées (entre 2 et 5 dépendamment de l’année) et des sites témoins (entre 2 et 5 dépendamment de l’année) et sont effectuées principalement sur l’espèce Noccaea caerulescens, du fait de son fort potentiel à accumuler les métaux lourds.

Les données récoltées concernent principalement :

  • les taux d’autofécondations moyens dans 4 à 10 populations suivies depuis 2012,
  • les densités de populations entre 2015 et 2018,
  • la composition et la phénologie du réseau d’interactions plantes-pollinisateurs centré sur Noccaea caerulescens dans 4 populations en 2017 et 2018,
  • une base de données génétiques, incluant des marqueurs neutres spécifiques de l’espèce modèle,
  • des mesures d’adaptation à la concentration en zinc dans deux populations (projet),
  • des mesures de concentration de plusieurs métaux lourds dans le sol (en cours).

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Contact

Collaborations

  • Laboratoire Génétique moléculaire, génomique et microbiologie, UMR7156 CNRS, Université Louis Pasteur : P. Bertin et F. Ploetze
  • Laboratoire Structure et Evolution des Génomes, UMR8030 CNRS – Génoscope : C. Medigue
  • Equipe Environnement et Microbiologie, UMR 5254 IPREM-EEM, Pau IPREM UMR 5254 – Université de Pau : R. Duran et B. Lauga
  • Institut de Minéralogie et de Physique des Milieux condensés, UMR 7590 Géobiosphère, Actuelle et Primitive, Universités Paris VI &VII, CNRS – IPG Paris : G. Morin
  • Equipe interactions biotiques de l’UMR 5175 – CEFE : B. Schatz
  • Equipe Changements environnementaux et adaptation de l’UMR 8198 – Evolution, Ecologie et Paléontologie : H. Frérot
  • Laboratoire Chimeco UMR 5021 : C. Grison et F. Pelissier

Tâches d'observation

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