La dendrochimie est une méthode de biosurveillance de l'environnement basée sur le fait que les anneaux de croissance des arbres ont lors de leur formation enregistré une partie de la pollution de leur environnement. Certains de ces polluants ne sont pas dégradables (métaux lourds et métalloïdes) ou ont une longue durée de vie ; ils peuvent être absorbés par l'arbre sous forme gazeuse, particulaire et/ou sous forme dissoute (c'est-à-dire ionique) ; Le bois vivant (puis mort) absorbe et stocke ainsi une partie des métaux et minéraux que l’arbre a captés dans l’eau, l’air et/ou le sol qui l'alimentent sa vie durant, via ses racines, ses feuilles, et moindrement via l’écorce et le suber. Ce stock interne se forme en plus ou moins grandes quantités selon l’essence et l’âge de l’arbre, et selon le contexte environnemental. En zone froide à tempérée, durant toute la période de croissance de l’arbre (plusieurs siècles parfois), chaque année, un nouveau cerne est produit, qui absorbe et conserve une partie des minéraux et polluants captés par l’arbre dans l’année (et les mois précédents via l’écorce). Sauf chez quelques espèces, dans le bois d’un arbre vivant et sain ou dans le bois sec d’une poutre ou d’une planche ancienne, ces produits migrent très peu d’un cerne à l’autre, ou des cernes déjà formé vers le suber ou l’écorce, ce qui fait des cernes une archive environnementale potentiellement exploitable des années à millénaires après qu’ils se soient constituésTrüby, P., 1988. Bleiverteilungen in Waldbäumen unt erschiedlich belasteter Standorte. Angewandte Botanik 62, 93-104 Schulz, H., Huhn, G., Schüürmann, G., Niehus, B., L iebergeld, G., 1997. Determination of throughfall rates on the basis of pine bark loads: results of a pilot field study. Journal of the Air & Waste Management Association 47, 510-516 Doucet, A. (2011). L’arbre: un registre naturel de la pollution atmosphérique. capsules INRSciences, (10), 1-7. http://espace.inrs.ca/6856/1/2011-10.pdf.
Enjeux environnementaux et de santé publique la dendrochimie, permet d’évaluer certaines contaminations de l’environnement (eau, air, sol) et leur évolution sur des pas de temps se comptant en décennies à millénaires, ce qui en fait un outil pour l’histoire et l’histoire environnementale ; La dendrochronologie peut renseigner sur certaines pollutions passées, métalliques et radioactives notamment, au profit d’études épidémiologiques ; La dendrochimie peut être utile à la gestion du risque. Par exemple : l’écorce et le suber (partie périphérie du tronc située juste sous l’écorce) ne constituent qu’une petite partie d’un tronc adulte, mais c’est la partie souvent la plus « contaminée » par les métaux. Or cette partie de l’arbre n’est pas utilisée dans le bois d’œuvre, ce qui en fait un déchet pour cette industrie. Elle peut être utilisée pour produire du « mulch » (qui, si l’arbre venait d’une zone polluée libérera des polluants en se décomposant) ou parfois en bois-énergie (de mauvaise qualité car laissant beaucoup de cendre, par ailleurs souvent très contaminées par les métaux).Connaitre et mieux gérer les risques écologiques et les risques sanitaires posés par l’utilisation sans précaution des écorces, du suber, ou de bois pollués est donc un enjeu, tout particulièrement pour les vieux arbres urbains, ou ayant poussé près de routes ou de zones industrielles ou exposées aux pollutions de guerre. La dendrochimie peut éclairer certains problèmes écoépidémiologiques : quand l’arbre pollué vieillit et qu’il est attaqué par des insectes xylophages ou des insectes et autres organismes saproxylophages), selon la profondeur de vie des larves d'insectes, champignons et bactéries dans le bois, ces organismes pourront bioaccumuler des métaux toxiques (ex : arsenic dans les terrains de golf qui ont utilisé ce produit comme pesticide durant des décennies). Les oiseaux (pics) qui se nourrissent sur de tels arbres sénescents, empoisonnent leurs progénitures en les nourrissant ; ils se retrouvent en situation de piège écologique Paul G. Rodewald, Melissa J. Santiago, Amanda D. Rodewald (2005), “Habitat use of breeding red-headed woodpeckers on golf courses in Ohio” ; Wildlife Society Bulletin 33(2):448-453. 2005 ; doi: 10.2193/0091-7648(2005)33[448:HUOBRW]2.0.CO;2 (Résumé ). Ce bois devrait être utilisé avec précaution et brûlé dans des installations munies de filtres adéquats, c’est-à-dire capables de capter les métaux et métalloïdes de vapeurs et fumées de combustion. Leur cendre sera également contaminée.
Absorption et stockage de polluants par le bois Écorce L’écorce des arbres adsorbe et accumule divers contaminants (issus de déposition humide et sèche)voir Figure 1 ; Composition du suber de frênes ayant poussé dans du terreau en atmosphère contrôlée (= valeurs de références) in https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00554894/document p 90/207.
Cette propriété a été utilisée avec succès par de nombreuses études de contamination, y compris en milieux arides (ex : en Jordanie où des écorces de cyprès étaient disponibles (Cupressus sempervirens) El-Hasan, T., Al-Omari, H., Jiries, A., & Al-Nasir, F. (2002). « Cypress tree (Cupressus sempervirens L.) bark as an indicator for heavy metal pollution in the atmosphere of Amman City, Jordan ». Environment International, 28(6), 513-519..
L’écorce reflète souvent très bien la contamination locale de l’environnement par un polluant (ainsi Heichel et Hankin, 1972) ont montré que la composition isotopique du plomb microparticulaire intégrée dans les écorces était identique à celle du plomb additif de l’essence Heichel, G.H. and Hankin, L. (1972) Particles containing lead, chlorine and bromine detected on trees with an electron microprobe. Environ. Sci and Tech ;6 (13), 1121-1128.. Selon Barnes et al. (1976), les métaux sont plus concentrés dans les couches superficielles de l'extérieur de l'écorce, par rapport aux couches internes de l’écorce. Et les teneurs peuvent aussi varier selon la hauteur le long de la tige ou du tronc Barnes, D., Hamadah, M.A., Ottaway, J.M., (1976) The lead, copper and zinc content of tree rings and barks. A measurement of local metallic pollution. The Science of the Total Environment 5, 63-77. .
Selon le type d’écorce (qui varie beaucoup selon l’âge et l’espèce) le taux de particules retrouvé sur l’écorce varie considérablement (par exemple d’un facteur de 1 à 10 rien que sur 7 espèces testées dans la cuvette grenobloise en France) ; Dans ce contexte, le peuplier noir (Populus nigra) en contenait le plus et le Paulownia (Paulownia imperialis) le moins notait Mickaël Catinon en 2010Mickaël Catinon. Détermination de la pollution atmosphérique métallique : étude critique de l’utilisation des écorces d’arbres. Océan, Atmosphère. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, (2010). Français. <tel-00554894>https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00554894/document ; voir , p 95/207 .
Suber Le suber est la partie vivante la plus externe de l’écorce et de l’arbre. C’est aussi le tissu généralement le plus contaminé, notamment car contenant (pour plusieurs décennies) les métaux absorbés par les racines et feuilles … en plus d’une partie de ceux qui se sont déposés sur l’écorce (plus ou moins naturellement acide selon l’espèce ou acidifiée par la pollution de l’air) .
Une écorce naturellement acide (ou acidifiée par les SOx et/ou les NOx) rend les métaux qu’elle rencontre plus biodisponibles, y compris pour le suber. Une expérimentation consistant à exposer une épinette à une fumigation de soufre (sous forme de SO2, un polluant courant de l’air dans les zones de combustion d’hydrocarbures fossiles, fuels lourds et carburants diesels notamment) a montré que le soufre s'accumule facilement dans l'écorce et peut alors fortement l’acidifier (en y produisant de l'acide sulfurique (H2SO4), dont la plus grande partie va réagir avec le calcium en formant du gypse (CaSO4). Kreiner & Härtel ont en 1986 conclu de cette expérience que la conductance et la teneur en sulfate des extraits d’écorce représentent et mémorisent une intégration de soufre anthropique couvrant une période « considérable » Kreiner, W., & Härtel, O. (1986). Spruce bark influenced by SO2. European journal of forest pathology, 16(3), 171-181. résumé.
La thèse de Mickael Catinon (2010) a montré que sur les branches et écorces, les dépôts atmosphériques secs et humides influencent directement la teneur en contaminants du suber sous-jacent, mais avec une chronologie décalée, car le dépôt de surface est en réalité un ; il et en outre périodiquement lessivé et déplacé par la pluie et le ruissellement d’eaux météoriques. Le suber sous-jacent va néanmoins absorber et stocker, et donc « mémoriser » une partie de ce dépôt.
Bois Si les métaux toxiques semblent rapidement fixés dans le bois et ces cernes (jusqu’à ce que le bois soit décomposé), ce n’est pas le cas des cations de micro nutriments vitaux comme : Ca, Mg, Mn et K qui sont retrouvés dans l’écorce et les cernes, mais en y étant bien moins « passivement » enregistrés.
Ils semblent pouvoir recirculer, par exemple lors de la maturation de l’aubier en bois de cœur, et ils interfèrent beaucoup plus avec la vie de l’arbre (météo, blessures, maladies, etc.). L’interprétation dendrochimique de leurs variations dans le bois doit donc rester très prudenteJeremy Hance (2013) Une nouvelle théorie météorologique avance que les forêts sont génératrices de pluie on 27 août 2013.
Histoire Ce moyen de remonter le passé s’est principalement développé dans les années 1970 où il a notamment montré que l’essence plombée laissait des traces annuelles dans le bois. Il a été encouragé par le fait que des arbres sont présents dans une large partie du monde, y compris en ville, dans des cours d’école ou dans les jardins. Leur écorce, le suber ou leurs cernes peuvent enregistrer les informations sur le passé de l’arbre et de son environnement, et un même arbre peut être utilisé à plusieurs reprises dans sa vie. La méthode semble idéale pour retracer des polluants non dégradables comme les métaux ou métalloïdes.
Cas particulier du mercure Comme il est hautement toxique, il est intéressant de pouvoir retracer les pollutions par ce métal. De plus le bois pollué par du mercure ne devrait pas être brûlé ni chauffé, car inhaler de la vapeur de mercure est bien plus toxiques qu’ingérer du mercure liquide.