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Cristallochimie des éléments traces dans les milieux de basse température. Implications géochimiques et environnementales

04/04/2006

Campus Boucicaut

10:30

Soutenances de thèses

Amphithéatre

Guillaume MORIN

Résumé: La spéciation chimique (état d'oxydation, environnement moléculaire) est un paramètre fondamental qui contrôle la migration, la biodisponibilité et la toxicité des éléments chimiques dans les eaux, les sols et les sédiments. Ce paramètre résulte des interactions entre solutés, surfaces minérales, substances organiques et biologiques. La connaissance de ce paramètre est souvent limitée par l'hétérogénéité structurale et chimique des milieux naturels tels que les sols. Notre approche a reposé sur l?analyse quantitative de l?environnement moléculaire des éléments par des techniques de physique du solide (DRX, XANES, EXAFS) et de leur distribution aux différentes échelles d?organisation des milieux étudiés, des paysages (bilans géochimiques) aux microstructures des sols (µSXRF, MEB, microsonde, MET). Ces études ont été menées sur des systèmes contaminés (sols contaminés par des retombées atmosphériques industrielles ou par des épandages agricoles, drainages miniers) et sur des sols naturellement riches en métaux (anomalies géochimiques naturelles) afin de comparer les processus de piégeage naturels efficaces à court terme et à long terme. La combinaison de données spectroscopiques, minéralogiques, géochimiques et microbiologiques, acquises au travers de programmes d'études pluridisciplinaires, a permis de mettre en évidence des mécanismes récurrents d?immobilisation du plomb, du zinc et de l'arsenic dans les sols et les eaux de surface. Ces informations constituent une base utile pour prédire le devenir de ces éléments dans l'environnement. Les travaux menés récemment sur le terrain et au laboratoire sont focalisés sur le rôle des microorganismes dans la formation et l'évolution des minéraux porteurs du fer, en relation avec le piégeage des éléments traces associés, au niveau des fronts redox, e.g., drainages miniers acides, interfaces oxiques/anoxiques dans les sols et les sédiments. Abstract: Chemical speciation (oxidation state, molecular environment) is a key parameter controlling the mobility, toxicity, and bioavailability of the elements in surface waters, aquifers, soils and sediments. This parameter directly depends on interactions between solute species, mineral surfaces, organic and biologic substances. The knowledge of this parameter is often limited by the structural and chemical heterogeneity of natural systems, as soils and aquifers. We have quantitatively determined the various molecular species of the elements using solid state physics methods (XRD, XAS) and the spatial distribution of these chemical species has been integrated on various scales, from the landscape (geochemical budgets) to the soil microstructures (µSXRF, MEB, electron-microprobe, MET). Our work has addressed contaminated systems (smelter impacted soils, sewage sludge contaminated soils, acid drainage) and natural geochemical anomalies, in order to compare the mechanisms of trace elements immobilization at short and long term, respectively. Combining spectroscopic, mineralogical, geochemical, microbiological data, collected thanks to integrated research programs, allowed us to find evidences of recurrent sinking mechanisms for lead, zinc and arsenic in soils and surface waters. Such information is a useful basis for predicting the fate of these trace elements at the Earth's surface. More recently we investigated in the field and at the laboratory, the role of microorganisms on the formation and evolution of iron minerals, in relation with the sinking of associated trace elements, at redox interfaces, e.g. acid mine drainage and oxic-anoxic transitions in soils and sediments.