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Stamm, Franziska Maria. Caractérisation expérimentale du fractionnement isotopique à l'équilibre entre les espèces aqueuses et solides naturels : les systèmes Si aqueux - silice amorphe et Mg aqueux - brucite

Stamm, Franziska Maria (2019). Caractérisation expérimentale du fractionnement isotopique à l'équilibre entre les espèces aqueuses et solides naturels : les systèmes Si aqueux - silice amorphe et Mg aqueux - brucite.

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Résumé en francais

Le silicium (Si) et le magnésium (Mg) sont deux éléments majeurs abondants dans les minéraux, les systèmes biologiques, les eaux douces et les océans. La caractérisation de leurs compositions isotopiques dans la biosphère et les milieux terrestres inorganiques permet une meilleure compréhension de leurs cycles géochimiques et facilite l'interprétation de certains enregistrements géologiques. L'interprétation des signatures isotopiques naturelles requiert dès lors la connaissance précise des fractionnements isotopiques à l'équilibre survenant entre les principaux solides porteurs de silicium et magnésium et les principales espèces inorganiques et organiques de Si et Mg présentes dans les fluides naturels. A ce jour, ces données restent encore trop rares et peu fiables. Les travaux de cette thèse s'appuient principalement sur des expériences de laboratoires conduites à l'équilibre chimique en vue de déterminer le fractionnement isotopique à l'équilibre entre des solides porteurs de Si ou Mg et des solutions aqueuses de différents pH, contenant ou non un ligand organique (catéchol, citrate ou EDTA) ou inorganique (sulfate) à des températures de 25 et 75°C. La méthode des "trois isotopes" a été employée afin de déterminer sans ambiguïté le fractionnement à l'équilibre dans ces systèmes à deux composants "Δeq fluide-solide". Cette méthode présente comme avantage de pouvoir déterminer des compositions isotopiques par extrapolation, même si l'équilibre isotopique n'est pas atteint. Elle permet également de fournir des informations sur les vitesses d'échanges isotopiques et donc sur les mécanismes de l'échange isotopique lui-même. Dans ce but, après avoir atteint l'équilibre chimique entre silice amorphe et solution ou brucite et solution, un spike de 29Si ou de 25Mg a été ajouté à la solution aqueuse. Cette solution ensuite été mélangée à une nouvelle poudre de SiO2 amorphe ou de brucite afin d'atteindre l'équilibre isotopique. Les mesures isotopiques ont été effectuées par MC-ICPMS sur les solutions et les solides, recueillis à des moments choisis au cours des différentes expériences. Les fractionnements isotopiques à l'équilibre entre les solides et les espèces aqueuses et entre les différentes espèces aqueuses d'un même élément ont été obtenus en couplant les résultats expérimentaux avec les résultats des calculs de spéciation aqueuse effectués à l'aide du code géochimique PHREEQC. Tous les facteurs de fractionnement à l'équilibre entre solide et espèce aqueuse d'un élément ou entre deux espèces aqueuses d'un même élément ainsi obtenus ont été comparés aux résultats de calculs ab initio menés sur les mêmes systèmes. Parmi les résultats les plus remarquables, on retiendra l'impact très important que peut avoir la complexation du silicium et du magnésium avec certains ligand organiques sur la composition isotopiques de leurs espèces aqueuses et des solides en équilibre, avec, par exemple, Δ30SiSicatechol-H4SiO4° = -19.05± 0.49 ‰ et Δ26MgMg2+-MgEDTA2-= 2.17 ± 0.19 ‰. Les résultats de cette étude, qui fournissent un éclairage nouveau sur des données isotopiques de roches sédimentaires et de systèmes biologiques, peuvent être utilisés afin de reconstituer certains paléo-environnements.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Oelkers, Eric
Schott, Jacques
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Géosciences Environnement Toulouse (GET), UMR 5563
Mots-clés libres :Silicium - Magnésium - Méthode trois isotopes - Cinétique d'échange isotopique - Espèces aqueuses organiques et inorganiques
Sujets :Sciences de la terre
Déposé le :12 Dec 2019 10:44