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La compréhension des cycles biogéochimiques au sein de la zone critique – couche terrestre à l’interface entre la roche, l’eau, l’air et les organismes vivants – est au centre des préoccupations actuelles, qu’il s’agisse d’éléments polluants (e.g. les métaux) ou non (e.g. le carbone). Les techniques d’évaluation de la pollution via des organismes sensibles comme les lichens et les mousses (i.e. biosurveillance) sont complémentaires aux mesures physico-chimiques réalisées directement dans l’environnement. Ces deux approches ont été appliquées dans des milieux éloignés des zones contaminées, tels que les écosystèmes forestiers français ou la toundra arctique.
L’analyse conjointe de plusieurs éléments (Al, As, Cd, Mn, Pb, Sb, Zn…) favorise une meilleure évaluation des sources et des comportements des éléments dans l’environnement. Les dépôts atmosphériques en métaux ont été évalués à travers la bioaccumulation par les lichens en milieux forestiers à l’échelle de la France. Pour faciliter l’investigation des processus impliqués dans le transfert de ces éléments, des outils géochimiques ont été utilisés, tels que l’isotopie du plomb et les terres rares. Des échantillons historiques conservés dans les herbiers universitaires ont permis de révéler l’histoire récente (de 1870 à aujourd’hui) de la pollution métallique peu documentée à l’échelle nationale.
A contrario, l’étude d’un élément précis permet une meilleure compréhension de son cycle. Le mercure (Hg) en milieu polaire constitue un exemple clef du fait de ses nombreuses formes chimiques et de ses faibles concentrations difficilement mesurables. Un système automatisé a été mis en place dans le nord de l’Alaska pour analyser les concentrations en mercure élémentaire gazeux (Hg0) dans l’atmosphère, le manteau neigeux et le sol sur deux années consécutives. Les flux mesurés et les concentrations accumulées dans la végétation ont mis en évidence le rôle prépondérant de la toundra comme puits terrestre de Hg.
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