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Validation de la technique DET (Diffusive Equilibration in Thin Films) pour mesurer des microprofils de fer et de manganèse dans les sédiments lacustres.

Bilodeau, François (2003). Validation de la technique DET (Diffusive Equilibration in Thin Films) pour mesurer des microprofils de fer et de manganèse dans les sédiments lacustres. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 91 p.

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Résumé

Les sédiments d'un lac constituent un milieu où s'exercent diverses réactions diagénétiques. Les concentrations de solutés dans l'eau interstitielle des sédiments y sont souvent des indicateurs sensibles des réactions de diagénèse (Tessier et al., 1994). Celles-ci ont parfois lieu sur une courte échelle spatiale de l'ordre du millimètre. Pour arriver à améliorer la compréhension que nous avons de ces processus diagénétiques, il devient primordial d'utiliser des techniques adéquates permettant d'obtenir une haute résolution verticale (≤ mm). Ceci permettra aussi d'évaluer plus précisément les flux diffus ifs des solutés. Certaines techniques existent pour échantillonner l'eau interstitielle telles que celles impliquant des carottes de sédiments (Reeburgh, 1967; Lyons et al., 1979) ou la dialyse in situ (Hesslein, 1976; Mayer, 1976). Cependant, leurs résolutions demeurent faibles (≥ 0.5 cm). La technique DET ("Diffusive Equilibration in Thin films"), faisant appel à des gels de polyacrylamide, a été proposée (Davis on et al., 1991) pour obtenir in situ des microprofils de concentration de Fe, Mn, Ca, Mg et S0₄ dans les sédiments avec une résolution de l'ordre du mm. Cette technique fait appel à des gels minces placés sur un support en Plexiglas et qui sont introduits verticalement dans le sédiment et laissés à équilibrer avec l'eau interstitielle. Afin de préserver les microprofils de solutés, ces gels sont soit tranchés rapidement après leur récupération (cas du Ca, Mg et S0₄) soit fixés chimiquement avec une solution alcaline (cas du Fe et Mn). Peu d’études existent où la technique d’échantillonnage DET a été comparée à d’autres techniques d’échantillonnage des eaux interstitielles pour y mesurer [Fe] et [Mn] (Zhang et al. 1999; Fones et al. 2001). L'objectif de cette recherche vise donc à valider la technique DET en la comparant à la dialyse in situ pour la mesure de microprofils de Fe(II) et Mn(II) dans les sédiments lacustres. Dans notre étude, nous avons utilisé deux types de gels d’acrylamide dans les échantillonneurs DET: .l’un (APA) est fabriqué avec un agent liant à base d’agarose de formule brevetée (AcrylAide), alors que l’autre (Fye) l’est avec le bis-acrylamide comme agent liant. Pour rencontrer l’objectif de notre étude, nous avons d’abord réaliser des expériences en laboratoire pour caractériser les deux gels utilisés. Des mesures de gonflement des gels en fonction du pH nous ont permis de déterminer le pH optimal de la solution servant à oxyder Fe(II) et Mn(II) dans les gels et fixer ainsi leurs microprofils sans trop déformer les gels. Des mesures de spectres infrarouges et RMN nous ont montré la présence probable de groupements carboxylates dans le gel APA. La mesure de coefficients de distribution de Fe(II) et Mn(II) à l’équilibre entre l’eau et le gel indique que la solubilité de ces deux métaux dans le gel varie avec le pH, la nature et la concentration des ions présents, ainsi qu’avec la concentration de Fe ou Mn. Ces informations suggèrent que les gels ne sont pas inertes. Nous avons ensuite déployé in situ des échantillonneurs DET et des dialyseurs dans deux lacs de composition chimique différentes et représentatifs de la gamme de lacs rencontrés au Québec : le lac Tantaré, situé sur le Bouclier Canadien et le lac Memphrémagog, localisé dans les BassesTerres du St-Laurent. L’utilisation des deux gels installés de part et d’autre de l’échantillonneur DET nous a aussi permis de comparer la réponse de ces gels à fine échelle. Les microprofils de Fe(II) obtenus avec la technique DET montrent des structures fines qui ne sont pas perçues lorsque la dialyse in situ est utilisée pour obtenir les profils, sans doute pour des questions de résolution. Les microprofils de Mn(II), par contre, présentent peu de structure fine. Par ailleurs, les résultats ont montré des différences importantes de concentrations de Fe(II) et Mn(II) entre la dialyse in situ et la technique DET et entre les deux gels utilisés dans les échantillonneurs DET. Ces différences étaient plus importantes pour le lac Tantaré (faible force ionique) que pour le lac Memphrémagog (force ionique plus élevée). Comme les différences de concentrations de Fe(II) et Mn(II) observées in situ entre les techniques d'échantillonnage pouvaient être attribuées en partie à l'hétérogénéité des sédiments, nous avons essayé de lever cette ambiguïté. À cette fin, nous avons déployé des échantillonneurs DET et des dialyseurs dans un mésocosme contenant du sédiment du lac Tantaré préalablement homogénéisé. Cette expérience à de nouveau montré des différences importantes de concentration de Fe(II) et Mn(I1) entre les techniques et entre les gels. Des expériences antérieures ayant montré que la dialyse in situ est relativement fiable pour mesurer des concentrations de Fe(II) et Mn (II) dans les eaux interstitielles, nous en concluons donc que certaines des divergences observées entre la dialyse in situ et la technique DET sont dues à des artéfacts liés à cette dernière technique. Il serait important de bien comprendre ces artéfacts avant d'utiliser la technique DET sur une base routinière.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Tessier, André
Mots-clés libres: DET; fer; sédiments; manganèse; Bouclier canadien; Basses-terres du Saint-Laurent;
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 08 nov. 2012 17:02
Dernière modification: 11 nov. 2015 14:33
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/360

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