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| Une nouvelle approche isotopique des relations entre fer et matières organiques dans les zones humides (A new isotopic approach to the relationship between iron andorganic matter in wetlands) Lotfi-Kalahroodi, Elaheh - (2019-10-04) / Universite de Rennes 1 - Une nouvelle approche isotopique des relations entre fer et matières organiques dans les zones humides
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Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Pierson-Wickmann, Anne-Catherine ; Davranche , Mélanie Discipline : Sciences de la Terre et de l’environnement Laboratoire : Géosciences Rennes Ecole Doctorale : EGAAL Classification : Sciences de la terre Mots-clés : Isotopes de fer, fractionnement isotopique, matière organique, agrégat, zone humide, oxydo-réduction
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Résumé : Les zones humides (ZH) jouent un rôle majeur dans le contrôle du devenir des contaminants dans l’environnement. Elles sont soumises à des périodes de saturation en eau qui induisent des variations des conditions redox dans les sols. Ces cycles redox contrôlent la spéciation de Fe et des éléments associés, i.e. la matière organique (MO). Si plusieurs études ont étudié les principales formes minérales, colloïdales et solubles du Fe dans les ZHs, de nombreuses incertitudes subsistent quant aux mécanismes qui contrôlent leur formation et leur évolution. En cela, l’isotopie du fer constitue un outil intéressant pour étudier ces processus. Cependant, avant d’être utilisé comme proxy, la signature isotopique du Fe pour un processus donné doit être identifiée. Ce travail de thèse s’est donc focalisé sur la signature isotopique des agrégats Fe-MO dans les ZH. Afin d’étudier la composition isotopique des différentes espèces constitutives de ces agrégats, nous avons utilisé l’ultrafiltration à différents seuils de coupure. La première étape a été de vérifier que l’ultrafiltration ne fractionnait pas les isotopes du Fe. Puis, une série d’expériences a été réalisée pour déterminer la signature isotopique du Fe particulaire, colloïdal et sous forme de complexes solubles dans ces agrégats Fe-MO. Les résultats ont démontré que l’hydrolyse abiotique ne fractionnait pas les isotopes du Fe. Au contraire, la complexation du Fe par les ligands OH- ou organiques qui complexent préférentiellement les isotopes lourds du Fe, contrôlent sa signature isotopique et imposent une signature aux formes particulaires et colloïdales. Ce mécanisme a ensuite été testé dans un sol de ZH soumis à 3 cycles oxie/anoxie successifs puis à des données de terrain. La liaison préférentielle des isotopes lourds du Fe aux ligands bactériens contrôle la signature isotopique du Fe à long terme. Cependant, les flux d’eau de sub-surface dans la zone humide, minimisent l'impact de ce mécanisme sur la composition isotopique en Fe de la solution de sol. Abstract : Wetlands are well recognized to control the biogeochemical cycle of many major and trace elements such as iron (Fe). They are submitted to temporarily soil saturation involving redox conditions variations. If several studies precise the dominant mineral, colloidal and soluble Fe species under redox variations, many uncertainties are still remained on their formation and evolution. Iron isotopic composition is a potential tool to investigate and elucidate these mechanisms. However, before be used as proxy, the exact Fe isotopic signature of a precise process has to be identified. We thus performed a series of experiment to assess to this signature in Fe-OM aggregates. The first step of this work was to verify that ultrafiltration, used to separate the Fe species, does not fractionate Fe isotopes. After the separation technique validation, a series of experiments was performed to elucidate the Fe isotopic signature of Fe-OM particles, colloids and soluble species and their impact on the wetland soil solution. The results demonstrated that abiotic hydrolysis does not fractionate Fe isotopes and that the complexation of Fe to OH- or OM ligands, that preferentially bind heavy Fe isotopes, controls the Fe isotopic composition of large Fe-OM colloids and particles. The processes were then tested in a wetland soil submitted to 3 successive oxic/anoxic cycles and to field dataset. Experimental data confirm that preferential Fe binding to bacterial organic ligands controls long-term Fe isotopic signature. However confrontation to field data displayed, that water flow in wetland subsurface could minimize the impact of this mechanism on the Fe isotopic composition of the wetland soil solution. | |||