UE Spéciation des éléments traces : qualité des sols et des eaux (3 ECTS)

Objectif :

Le module vise à apporter des connaissances approfondies sur les réactions aux interfaces solide-solution-microorganismes-plantes qui contrôlent la spéciation, la mobilité et la toxicité des éléments en trace aux interfaces sols-sédiments-eau-biosphère. Une attention particulière sera portée sur la description à l’échelle moléculaire des processus contrôlant la spéciation (dissolution-précipitation, complexation, sorption de surface, oxydo-réduction, biominéralisations) à l’aide des outils modernes de la géochimie environnementale.

Ces méthodes incluent les spectroscopies utilisant le rayonnement synchrotron (XANES, EXAFS, µXAS) et les microscopie électroniques pour la spéciation en phase solide de même que les techniques séparatives couplées à la spectroscopie (HPLC/ICP-MS) pour la spéciation en phase aqueuse. Le traçage isotopique des sources et des processus sera également abordé.

 

Elles seront illustrées au travers de l’analyse détaillée des cycles biogéochimiques d’éléments de transition (Zn, Cu, Ni, Cr, Co), de métaux lourds (Hg, Pb, Tl), de métalloïdes (As, Se, Sb), et d’actinides (U, Pu) dont certains sont fortement toxiques. Les sources, les modes de dispersion dans l’environnement et les mécanismes de piégeage de ces éléments seront particulièrement étudiés, dans des systèmes naturels et des sites contaminés.

 

Contenu :

L’UE comprends deux séances de 3h cours ou TD hebdomadaires pendant 5 semaines :

  • Séance 1. Introduction à la biogéochimie des éléments traces : sources naturelles et anthropiques ; notions de spéciation, biodisponibilité , toxicité ; Rappels des processus physico-chimiques et des métabolismes microbiens majeurs contrôlant la spéciation. (GM)
  • Séance 2. TD : les processus de complexation organo-métalliques dans les sols et les eaux. Exemple du cuivre (MR)
  • Séance 3 : Principe et mise en œuvre de la spectroscopie d’absorption  des rayons X sur rayonnement synchrotron. XANES, EXAFS et µXAS appliquées à la spéciation des éléments traces dans les matériaux naturels et technologiques (GM)
  • Séance 4. Principe et mise en œuvre des outils de spéciation en phase dissoute appliquées aux éléments en trace dans les eaux naturelles et contaminées. HPLC-ICPMS. Quantification des  états d’oxydation et des espèces organométalliques. (MR)
  • Séance 5. TD : applications de l’EXAFS pour l’identification des complexes adsorbés à la surface des minéraux et des matières organiques naturelles et des nano-sorbants  technologiques. Calculs et ajustement numériques des spectres, identification de la structure des complexes à l’échelle moléculaire. (GM)
  • Séance 6. Spéciation minérale et organique du plomb et du zinc dans les sols pollués (pyrométallurgie, épandages) et dans des analogues naturels sur anomalies géochimiques. Traçage isotopique des sources. Couplage des extractions chimiques et de l’EXAFS. Recyclage par la végétation, phytoextraction, phytostabilisation. (GM)
  • Séance 7. Biogéochimie du sélénium aux interfaces sol-eau-plantes. Spéciation en solution par HPLC-ICP-MS (états d’oxydation, espèces méthylées).  Processus d’assimilation et de détoxification (MR)
  • Séance 8. Spéciation, redox, mobilité et toxicité de l'arsenic dans les sols et les eaux : Contrôles minéralogiques et microbiens. Atténuation naturelle des contaminations. Traitement physicochimique ou biologique des eaux : principes et perspectives  (GM)
  • Séance 9. Biogéochimie du mercure (MR)
  • Séance 10. Redox et mobilité des actinides dans les sols et les eaux souterraines. Contrôles minéralogiques, organiques et microbiens. Perspectives pour la remédiation in-situ des sites miniers ou nucléaires contaminés  (GM)

Responsables :

Guillaume Morin (CNRS-UPMC) et Maryse Rouelle (UPMC)

Nombre de crédits :

3 ECTS

Lieu des cours :

UPMC Campus Jussieu

Evaluation :

Une note de rapport bibliographique et un examen final