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√ Niveau requis: 
√ Début du stage: 
01-02-2021
√ Durée: 
6 mois
√ Lieu: 
2 place Viala 34060 Montpellier cedex 2 FRANCE
√ Indemnité: 
€600
√ Contact: 
Julien Fouche > téléphone : +33 (0)4 99 61 28 41 >email : julien.fouche@supagro.fr
Claude Hammecker > téléphone : +33 (0)4 99 61 23 12 > email : claude.hammecker@ird.fr
Anatja samouelian > téléphone : +33 (0)4 99 61 23 79 > email : anatja.samouelian@inrae.fr
√ Description: 

Contexte

L’usage intensif de produits phytosanitaires dans le domaine agricole conduit dans certains endroits à leur accumulation dans le sol, contribuant ainsi à la contamination de l’eau de surface et des nappes en rendant possible l'assimilation par les plantes et organismes vivants du sol. Le biochar produit à partir de la pyrolyse de résidus végétaux riches en carbone sous faible atmosphère d'oxygène et haute température est de plus en plus utilisé pour son rôle positif dans la séquestration du carbone et l'amélioration de la qualité des sols. Le biochar est également un puissant adsorbant en raison de sa grande surface spécifique et de sa nature hautement carbonée. Par conséquent, les amendements du sol avec de petites quantités de biochar pourraient augmenter l’adsorption des contaminants ce qui diminuerait leur bio-disponibilité et limiterait la contamination des eaux de ruissellement et des nappes. Les principes actifs et les métabolites seraient retenus de manière plus importante que le sol non amendé. Des travaux de revue (Kookana, 2010 ; Khorram et al, 2016) sur la thématique des interactions biochar-pesticides montrent clairement que le biochar contribue à fixer les pesticides mais ils pointent également les lacunes cognitives sur les processus de fixation et la durabilité des interactions entre pesticides et biochar. On s’intéressera aux processus de rétention (adsorption/désorption) d’un type de pesticide, en cherchant à développer l’usage de traceurs représentatifs de molécules organiques hydrophiles et hydrophobes (Dollinger et al 2017).

Objectif 

L’objectif de cette étude est de préciser les processus de rétention (adsorption/désorption) de trois types de biochars provenant de charbons de bois de la société Carbonex produits à partir de différentes essences (mélange chêne+hêtre+charme, chêne, pin) par rapport à une ou deux molécules aux propriétés contrastées. Pour interpréter les résultats de rétention, les propriétés physico-chimiques intrinsèques de chacun biochar sera également conduite. Afin de situer les performances de ces biochars, nous allons les comparer à celles de charbons actifs étudiés au laboratoire, spécialement conçues pour l’adsorption de polluants.

Démarche et travaux envisagés 

Ce stage reposera en grande partie sur des travaux expérimentaux menés au laboratoire ainsi que sur de la modélisation.

Déterminations des propriétés physico-chimiques des biochars : Les propriétés des divers types de biochar seront analysées grâce à différentes techniques complémentaires. 

  •  La caractérisation de la distribution des tailles de pores et la mesure de la surface spécifique seront réalisée par porosimétrie au mercure et par l’adsorption d’azote 
  • des mesures d’adsorption de bleu de méthylène vont également être réalisées (Yukselen, Y. & Kaya, 2008 ; Lonappan et al. 2016) pour approcher la valeur de la surface spécifique et ainsi de calibrer la méthode. -
  • Analyse de la nature chimique et les fonctions présentes à la surface des biochars par spectroscopie InfraRouge à Transformée de Fourrier (Liu et al. 2015, Singh et al. 2016)

Rétention des pesticides sur les biochars :

Parmi les différentes propriétés d’interactions entre biochars et pesticide l’une des principales correspond à la quantification des capacités de rétention (adsorption et désorption) du pesticide avec la surface de biochar. Les cinétiques d’adsorption du pesticide ainsi que les isothermes d’adsorption et de désorption du pesticide seront établies pour chaque type de biochar. Il s'en suivra une analyse croisée des données rétention et des propriétés physico-chimiques des charbons, afin d’en dégager des généralités.

Le stage inclura : 1) Une analyse bibliographique sur les mécanismes d’adsorption et de désorption de pesticide sur les biochars 2) La participation à la mise au point et réalisation des expérimentations 3) L’analyse des données en veillant à mettre en relation les propriétés physico chimiques des biochars avec les processus d’adsorption et désorption des pesticides et traceurs. 4) La rédaction des résultats sous la forme d’un article scientifique

Compétences souhaitées 

Le ou la candidat(e) devra avoir un goût pour le travail de laboratoire, l'analyse des données et le travail en équipe. Il/Elle devra avoir des compétences initiales en physico-chimie et en analyses statistiques de base. À l'issue de son stage, l'étudiant(e) aura acquis une expérience en méthodologie d'analyse physico-chimique

 

√ Références: 
Dollinger, J.; Dagès, C. & Voltz, M. Using fluorescent dyes as proxies to study herbicide removal by sorption in buffer zones. Environmental Science and Pollution Research, 2017, 24, 11752-11763 Jones, D.L., Edwards-Jones, G., Murphy, D.V., 2011. Biochar mediated alterations in herbicide breakdown and leaching in soil. Soil Biol. Biochem. 43, 804–813. Khorram, M.S., Zheng, Y., Lin, D., Zhang, Q., Fang, H., Yu, Y., 2016. Dissipation of fomesafen in biochar-amended soil and its availability to corn (Zea mays L.) and earthworm (Eisenia fetida). J. Soils Sediments 16, 2439–2448. Kookana, R.S. The role of biochar in modifying the environmental fate, bioavailability, and efficacy of pesticides in soils: a review. 2010. Australian Journal of Soil Research 48(7) 627-637 https://doi.org/10.1071/SR10007 Khorram, M. S.; Zhang, Q.; Lin, D.; Zheng, Y.; Fang, H. & Yu, Y.Biochar: A review of its impact on pesticide behavior in soil environments and its potential applications. Journal of Environmental Sciences, 2016, 44, 269 - 279 Liu, Y.; He, Z. & Uchimiya, M. Comparison of Biochar Formation from Various Agricultural By-Products Using FTIR Spectroscopy. Modern Applied Science, Canadian Center of Science and Education, 2015, 9 Lonappan, L.; Rouissi, T.; Das, R. K.; Brar, S. K.; Ramirez, A. A.; Verma, M.; Surampalli, R. Y. & Valero, J. R..Adsorption of methylene blue on biochar microparticles derived from waste materials. Waste Management, 2016, 49, 537 - 544 Parkhurst, D. & Appelo,User's guide to PHREEQC (version 2)--A computer program for speciation, batchreaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations . U.S. Geological Survey WaterResources,1999 Singh, B.; Fang, Y. & Johnston, C. A Fourier-Transform Infrared Study of Biochar Aging in Soils. Soil Science Society of America Journal, Wiley, 2016, 80, 613-622 Tatarková, V., Hiller, E., Vaculík, M., 2013. Impact of wheat straw biochar addition to soil on the sorption, leaching, dissipation of the herbicide (4-chloro-2-methylphenoxy) acetic acid and the growth of sunflower (Helianthus annuus L.). Ecotoxicol. Environ. Saf. 92, 215–221. Yukselen, Y. & Kaya, A.Suitability of the methylene blue test for surface area, cation exchange capacity and swell potential determination of clayey soils. Engineering Geology, 2008, 102, 38-45 Zabaniotou, A.; Stavropoulos, G. & Skoulou, V. Activated carbon from olive kernels in a two-stage process: Industrial improvement Bioresource Technology, 2008, 99, 320 - 326
Statut stage: