Capacité d’échange cationique et anionique du sol

Source et dispersion dans l’environnement

Les sources principales des colorants (particulièrement à l’IC) sont les industries textiles. Ils sont souvent utilisés en excès pour améliorer la teinture. C’est pourquoi, plus de 17,5% de ces colorants sont rejetés lors de la fabrication (Mansour H. B. et al, 2009). Par conséquent, les eaux de rejet se trouvent fortement concentrées en colorants (Noura O., 2011). Malgré leur impureté, la plupart des industries les versent directement dans la nature (lac, rivière, rizière, canaux d’irrigation,…). Ces rejets fortement colorés sont transportés par l’eau et se dispersent dans la nature.

Comportement dans l’eau

L’IC est très soluble dans l’eau. En sa présence l’eau devient bleue (photo 1). Dans l’eau, la molécule de l’IC se dissocie, les ions Na+ et SO3- de deux extrémités se détachent de la molécule mère. Ils circulent avec l’eau et se dispersent dans la nature. Sur notre zone d’étude, la coloration bleue est visible jusqu’à environ 30m du point de rejet. Les colorants capable d’empêcher le transfert de la lumière dans l’eau et bloque la photosynthèse des plantes aquatiques (Wu J. et al, 2001).

Persistance

L’IC peut s’obtenir à partir des indigotiers (IC : colorant organique naturel) ou de façon artificielle (IC : colorant organique synthétique).
Les colorants organiques synthétiques sont des composés possédant des nombreux propriétés: la résistance aux attaques microbiennes, la résistance à la lumière, aux acides, aux bases et à l’oxygène (Guivarch E.Z. et al, 2004). Ces propriétés confèrent aux colorants une forte persistance dans l’environnement.
Les colorants organiques naturels ne résistent pas à la lumière (plus précisément au rayonnement UV). En exposant au soleil, ils se dégradent lentement en présence ou en absence des catalyseurs (Aleboyeh A. et al, 2003). L’IC peut aussi se dégrader biologiquement.

Dégradation

Le colorant IC peut se dégrader par plusieurs manières comme photo-dégradation, biodégradation, élévation de ph.
 Photo-dégradation par UV
Les processus de photo-dégradation par UV de l’indigo carmin peuvent détruire la molécule-mère. En utilisant des oxydants, Aleboyeh A. et al (2003) ont montré que l’acide sulfonique isatin est le premier produit stable de photo-dégradation de l’IC.
L’irradiation prolongée entraine la formation de plusieurs produits intermédiaires et la disparition des noyaux aromatiques lesquels conduisent en acide aliphatique (Aleboyeh A. et al, 2003). L’utilisation de support adsorbant tel que le TiO2 ou autres oxydants produisant des radicaux libres lors de la photo-dégradation peut conduire à la minéralisation totale (CO2, SO42-, NO3- et NH4+) de l’IC (Morgan E.R., 2008 ; (Khataee A.R. et al, 2009) dont les produits ne présentent aucun risque pour l’environnement.
 Biodégradation :
L’IC peut être dégradé par plusieurs variétés de micro-organismes anaérobies (à savoir le Paenibacillus larvae, l’alkalibacterie, le Clostridium isatidis et le péptostreptocoque) ou aérobies (comme l’Escherichia coli).
Les résultats montrent que les bactéries anaérobies sont beaucoup plus favorables à décolorer les effluents chargés de l’IC que les bactéries aérobies. D’après Ramya M. et al, (2008), les produits de biodégradation primaires de l’IC donnent de l’acide isatin sulfonique et de l’acide anthranilique. Le taux d’élimination peut aller jusqu’à 100% selon les conditions de milieux favorables à chaque type de microorganismes et le temps d’incubation.
 Elévation de pH :
L’IC se décolore en fonction du pH en milieu aqueux. Pour un pH acide, il est de couleur bleu. Il vire en jaune une fois le pH devient basique (zone de virage : 11,4-13,0).

Toxicités :

L’IC est fait partie des indigoïdes très toxique. Le contact avec la peau et l’œil peut provoquer une irritation. En cas d’excès, l’ingestion de ce produit peut présenter un danger pour la santé (Toxicité aiguë par voie orale, Catégorie 4) (Jenkins C.L., 1978). L’utilisation des colorants IC est interdite dans plusieurs pays. Il était interdit en Norvège jusqu’à son entrée dans l’U.E. en 2001.
Sa DJA (DJA représente la dose journalière admissible, c’est-à-dire la quantité maximale qu’un individu de 60 kg peut théoriquement ingérer quotidiennement, sans risque pour sa santé) est égale à 5mg par kg de masse corporelle par jour.

Généralités sur le sol et transfert d’eau et de soluté :

D’après Stengel P. et al (1998), le géologue et l’hydrogéologue appliquent le nom de sol aux couches meubles superficielles notamment à toute l’épaisseur surmontant les nappes souterraines, non saturée d’eau en permanence. En d’autre terme, c’est la partie superficielle de l’écorce terrestre, celle qu’on foule aux pieds, qui supporte la végétation. Il peut atteindre une profondeur plus grande que celle qui est labourée, ou parfois plus petite, comme dans le cas des dunes. Il est parfois homogène, parfois formé de plusieurs horizons qui ont tous des structures et propriétés différentes. C’est dans cette zone que les échanges d’eau et des solutés surviennent (Prat H., 1949).

Texture et structure du sol

Texture du sol

La texture du sol est caractérisée par la taille et la distribution des particules. La composition granulométrique du sol permet de déterminer sa texture. La composition s’exprime en pourcentage des trois principales fractions minérales inférieures à 2 mm de diamètre : argile (<0,002mm), limon (de 0,002 à 0,05 mm), sable (de 0,05 à 2 mm) (U.S.D.A., 1996).
La texture du sol est l’un des facteurs les plus importants influençant les caractéristiques physiques du sol. Par exemple, un sol avec peu d’argiles a une faible cohésion et donc une faible stabilité structurale. Il peut être très perméable, surtout lorsqu’il est composé de grains grossiers, mais il peut être facilement érodable. Inversement, avec beaucoup d’argile, le sol est beaucoup plus lourd, a une structure massive et possède une forte rétention d’eau (Termier H. et al, 1960 ; Furand R., 1947). En général, la texture du sol a une propriété fixe et ne change pas en fonction du temps.

Structure du sol

La structure du sol se définit comme le mode d’arrangement des différentes particules solides (sables, limons, argiles, matières organiques) du sol et la conséquence de cet assemblage (formation d’agrégat). Un agrégat est un agglomérat de particules dont la cohésion interne est assurée par les argiles, le fer, les matières organiques et l’eau.
C’est l’organisation de ces agrégats qui donne lieu à la matrice poreuse du sol, qui permet les écoulements d’eau (Carrillo-Avila E., 1995).
La structure résulte de processus biologiques, chimiques et physiques, est donc une propriété variable temporellement et spatialement, et peut changer avec la teneur en eau ou d’autres paramètres (Oades J.M., 1993). Parmi les agrégats du sol, on peut distinguer les particules primaires libres (sable, limon ou argile), les micro-agrégats (diamètre<250μm) et les macro-agrégats (diamètre >250μm).
La structure, contrairement à la texture qui ne change pas, est un état qui évolue dans le temps. Elle est plus ou moins solide et stable. Une bonne stabilité structurale permet au sol de résister à toutes les agressions physiques, à l’érosion, à la compaction.

Variables physiques descriptives du sol

Les variables physiques descriptives du sol les plus courantes sont la masse volumique sèche et la porosité. On définit un volume minimum de sol nécessaire pour obtenir une valeur stable des variables : le Volume Elémentaire Représentatif (VER) à l’échelle macroscopique (du cm3 au m3). Un VER doit toujours contenir à la fois une phase solide et des vides, quel que soit l’endroit où il est placé (Bear J., 1972). Le concept de VER est intuitif et dépend des propriétés du sol. Il est conceptuellement lié à la notion d’échantillon que l’on prélève et sur lequel on mesure les propriétés.