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Accueil > Équipes > Géochimie Isotopique et Chimie de l’Environnement - GICE > Résultats scientifiques de l’équipe GICE

Scientific results of the GICE team

publié le , mis à jour le

- Constantes de temps des processus d’altération et de transferts sédimentaires
Un des axes de recherche majeur de l’équipe de géochimie isotopique et chimie de l’environnement porte sur la quantification temporelle des processus d’altération et des transferts de matière associés. Dans ce but, l’utilisation des déséquilibres radioactifs comme traceurs et chronomètres de ces processus est développée depuis plus de 10 ans au sein de l’equipe (Chabaux et al., 2003 ; 2008 ; 2011a). L’intérêt de ces outils a ainsi pu être démontré pour déterminer les vitesses de propagation des fronts d’altération aussi bien à l’échelle de systèmes simples ou modèles que constituent les couronnes d’altération développées sur clastes (fragments de roche décimétriques) (Pelt et al., 2008 ; Ma et al., 2012), qu’à l’échelle de profils d’altération métriques ou décamétriques (Pelt 2007 ; Dequincey et al., 2002 ; Chabaux et al 2003b ; Ma et al. 2011).
Ces travaux ont été menés dans le cadre d’une collaboration forte avec l’équipe de l’université de Pennstate (USA). Parallèlement, le transfert de matière par les rivières à l’échelle des grands bassins versants est abordé par l’analyse des nucléides des séries de l’U dans les sédiments fluviaux (collaboration CRPG, Nancy). Les résultats obtenus dans les bassins du Gange et du Brahmapoutre par exemple permettent les constantes de temps de transfert de différentes classes granulométriques de sédiments (Granet, 2007 ; Granet et al., 2007 ; 2010). Enfin nous avons pu récemment démarrer l’étude des nucléides de très courtes périodes dans les profils de sols, afin de déconvoluer les différents processus pédogéniques se déroulant dans les sols sur des gammes de temps très variables. Nos premiers travaux dans ce domaine permettent ainsi de mettre en évidence et dater une mobilisation, probablement colloïdale, de radionucléides considérés généralement immobiles, venant superposer leur empreinte isotopique aux processus d’altération à long terme (Rihs et al., 2011).

- Source et voies de transfert dans le continuum eau-sol-plante : du traçage des masses d’eau à la détermination des signatures isotopiques des interactions biogéochimiques.
En complément des études menées sur les constantes de temps des processus d’altération, l’équipe de géochimie isotopique et chimie de l’environnement cherche à comprendre les mécanismes qui contrôlent ces processus ainsi que leur bilan de l’échelle du sol à celle du bassin versant. Cela se traduit par le développement de méthodes de traçage géochimique (éléments majeurs et traces, modélisation) et isotopique spécifiques des interactions eau-roche (Li, B, Ca et U) en cherchant à y inclure des composantes liées à l’activité du couvert végétal ainsi qu’à celles liées aux perturbations anthropiques et de changements climatiques. Pour cela, nous avons choisi de travailler sur un continuum d’échelles spatiales, de l’étude des processus élémentaires d’interaction entre les minéraux et les solutions de sol en contact direct avec la végétation (Cenki-Tok et al. 2009 ; Cividini et al. 2010 ; Lemarchand et al. 2010 ; Cobert et al. 2011a, 2011b ; Rihs et al. 2011 ; thèses F. Cobert et A. Voinot en cours) à leur contribution intégrée au niveau des bassins versants expérimentaux de petite taille gérés par l’EOST (OHGE-Strengbach, Cenki-Tok et al. 2009 ; Cividini et al. 2010 ;) et le LHyGeS (Ringelbach, thèse de T. Schaffhauser en cours) puis aux aquifères et bassins versants de taille régionale (bassin rhénan, Lucas et al. 2010 et bassins versants sibériens, Bagard et al. 2011 ; Chabaux et al., 2011b).
Les résultats que nous avons obtenus montrent très clairement une empreinte de l’activité biologique sur la signature isotopique des sols (particules et solutions) ce qui permet de quantifier les contributions respectives sur les transferts élémentaires de l’altération et du recyclage par la végétation. Cependant, la contribution des activités biologiques disparaît rapidement avec la profondeur et l’altération reste le contrôle principal des transferts de matière à l’échelle du bassin. À l’échelle des aquifères et des grands bassins versants, nos résultats montrent une forte sensibilité de la chimie des masses d’eaux aux modifications récentes des conditions ambiantes que ce soit par voie de contamination (salinisation d’origine anthropique de la nappe rhénane) ou de changement climatique (fonte du permafrost sibérien).

- Origine des aérosols (phases particulaires et gazeuses) et impacts sur l’environnement
Un des objectifs de l’équipe est de développer les approches de traçage géochimique (Sr, Nd, Pb essentiellement) pour mieux caractériser la source et la nature des dépôts atmosphériques à une échelle régionale. L’objectif est de pouvoir prendre correctement en compte ces dépôts dans la caractérisation et la modélisation des transferts et des bilans d’éléments dans le continuum eau-sol-plante. Ces études se placent également dans le contexte des questions actuelles de gestion de l’environnement, incluant les aspects de santé publique. En effet, les aérosols peuvent avoir des effets toxiques sur la santé humaine, soit directement – par inhalation- soit indirectement puisque les aérosols constituent une source importante de pollution des sols notamment en milieux urbains et périurbains. Une réduction de l’impact environnemental des aérosols d’origine humaine requiert donc à la fois une connaissance des différentes sources de ces aérosols mais aussi une connaissance de leur composition minéralogique, et chimique en fonction de leur origine. C’est l’objectif de ces travaux, menés dans la région du Rhin supérieur et plus spécifiquement dans le secteur Strasbourg-Kehl. Les résultats obtenus initialement dans le cadre de la thèse de M. M. Lahd Geagea sont aujourd’hui complétés par les travaux de thèse de F. Guéguen (dir : P. Stille – M. Millet).

- Qualité écologique des milieux aquatiques et impact des restaurations sur la dynamique des communautés de macrophytes et d’invertébrés
Parallèlement aux travaux de géochimie, l’équipe développe des études sur la dynamique écologique de la restauration des milieux aquatiques et leur impact sur la qualité des éco et hydrosystèmes fluviatiles. (i.e., programme InterReg "Redynamisation du Vieux Rhin" 2009-2012). Deux orientations principales sont développées. La première s’attache à préciser les processus et facteurs de contrôle des dynamiques de recolonisation par les communautés d’organismes macrophytes et macro-invertébrés (Meyer Albin thèse 2010-2012). La poursuite des travaux de A. Meyer se focalisera plus particulièrement sur les sources de diaspores, banques de graines, dispersion de diaspores et traits biologiques des espèces favorisant la colonisation de nouveaux milieux. Parmi les facteurs de contrôle, la morphologie fluviale et les dépôts sédimentaires sont des éléments d’importance (collaboration avec des géomorphologues du LIVE UdS). On profitera de ces travaux pour tester les outils de la géochimie isotopique et caractériser la sédimentation récente des milieux aquatiques, et leur constante de temps, paramètre qui pourrait se révéler important pour comprendre la dynamique de recolonisation et de stabilisation de ces dépôts.
La seconde orientation envisagée pour ces cinq prochaines années, relèvera davantage des méthodes d’évaluation de l’état écologique d’un cours d’eau. C’est une étape clef dans l’évaluation de la réussite des politiques de restauration des milieux aquatiques. Ces méthodes s’appuient classiquement sur des méthodes biologiques, dont les résultats, selon les organismes testés, peuvent conduire à des évaluations contradictoires. Aussi une combinaison et une intégration de ces méthodes deviennent nécessaires, tout comme reste nécessaire l’étape d’évaluation de la qualité des données biologiques pour lesquelles les phases d’échantillonnage et d’identification des taxons peuvent comporter des incertitudes. C’est dans cette optique générale que se placeront ces travaux. Les différentes causes d’incertitudes seront identifiées et leurs effets seront évalués, dans le but de proposer un outil d’évaluation combinant notamment macrophytes et invertébrés, compartiments pour lesquels les écologues de l’équipe disposent de compétences reconnues.