Structure et ultrastructure des sols et des organismes vivants

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Nature et rôle des matières solides en suspension dans la dynamique du transfert des éléments polluants

Afin de caractériser la nature et le rôle des particules fines et colloïdales (PFC) dans les milieux de subsurface, le suivi dans le temps des PFC contenues à la fois dans les retombées atmosphériques et dans les eaux d'infiltration et la détermination des facteurs contrôlant la distribution et l'évolution des PFC dans l'environnement a été réalisée. La démarche utilisée est basée essentiellement sur des observations in situ et consiste à prélever mensuellement, sur le terrain, les PFC contenues dans les retombées atmosphériques et dans les eaux d'infiltration d'un sol. L'étude en MET/EDX des PFC individuelles à permis de réaliser une caractérisation typologique et physicochimiques et d'étudier leur abondance et leur réactivité face aux contaminants. Par ailleurs, la connaissance des paramètres environnementaux de chacun des sites et l'étude statistique détaillée de l'évolution de PFC a permis de proposer un modèle conceptuel de la l'évolution dynamique (distribution, réactivité) des PFC dans les environnements considérés. Les résultats obtenus en microscopie montrent que la très grande majorité des particules ont un diamètre inférieur à 0,45 m. L étude systématique au MET et à l'EDX des échantillons a permis de caractériser les particules présentes et de différencier plusieurs types récurrents dans des contextes environnementaux distincts, ainsi les PFC sont, (i) minérales et constituées par des argiles plus ou moins altérées, des oxy-hydroxydes et des sels (sulfures, chlorures) avec la présence ponctuelle de carbonates et de tectosilicates, ou (ii) organiques et constituées par des bactéries ou de la matière organique non-vivante (exsudats de bactérie et matière organique dégradée), ou encore (iii) des associations mixtes de particules organiques et minérales formant des micro-agrégats organominéraux. Au-delà de l'étude typologique, la caractérisation des propriétés physico-chimiques des différents types de PFC a permis d'en identifier les sources, l'abondance et la réactivité. L'étude de la distribution au cours du temps des PFC des retombées atmosphériques et la connaissances des facteurs environnementaux sur les deux sites étudiés a permis de mettre en évidence les facteurs clefs contrôlant la distribution des PFC. Ainsi, il apparaît, dans un premier temps, que l'intensité et la hauteur de pluie sont les facteurs principaux mis en jeu. Cependant, la localisation et le mode d'occupation des sols influent également en modifiant, en amont, les sources de PFC et en aval l'action de la pluie. En effet, si l'étude de la dynamique des PFC des retombées atmosphériques sur les deux sites montre une influence très nette de la pluie, les deux sites montrent une réponse différente. L'acteur majeur contrôlant les dépôts de PFC est la pluie, modifié par la présence de couvert végétal qui induit un enrichissement en éléments et l'agrégation des PFC sur les feuilles. L'acteur majeur contrôlant les PFC dans les eaux d'infiltration du sol étudié est la dynamique hydrique du sol et donc les fluctuations de son état de saturation en fonction de la profondeur considérée et de la pluviosité. Enfin, ce travail permet de souligner trois résultats importants que sont : la mise au point d'une méthodologie efficace, la mise en évidence d'un vecteur de contaminants essentiel et souvent négligé que sont les bactéries, via les observations in situ et des expériences en laboratoire et l'importance des mécanismes d'agrégation dans le transport des PFC.STRASBOURG-EOST (674822249) / SudocSTRASBOURG-Géologie (674822251) / SudocSudocFranceF

Detailed study of smectite genesis in granitic saprolites by analytical electron microscopy

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Root-induced irreversible transformation of a trioctahedral mica in the rhizosphere of rape

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Physical speciation of trace metals in Fe-Mn concretions from a rendzic lithosol developed on sinemurian limestones (France)

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Relations entre les distributions granulometriques par granulométrie laser et par analyse d'images en microscopie électronique à transmission de la fraction argileuse d'un sol

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Influence of organic coatings on surface properties of colloids of the soil solution

The knowledge of surface properties of soil mobile colloids is of great importance to predict their role, but these properties are difficult to assess due to the heterogeneity and the complex nature of natural colloids. Physico-chemical features of natural colloids circulating in the soil solution were investigated with complementary approaches: microscopic techniques (TEM and AFM), potentiometric titrations and electrophoretic measurements. This study was realized on two colloidal suspensions isolated from soil solutions collected in situ from the plough layers of two different soils (MC and MPM). Colloidal particle properties including morphology, size distribution, specific surface area, electrophoretic mobility, and surface site concentration were compared before and after oxidation of the organic matter of the colloidal suspensions by H2O2 treatment. Statistical analysis of the geometrical features of TEM and AFM images revealed a comparable mean size of 170±70 nm for the two samples, and a mean height of 6.5±4.6 nm and 9.9±8.2 nm for the MPM and MC, respectively. From the 3D-analysis of AFM images, the specific surface areas were assessed at 203m2/g and 260m2/g for MC and MPM suspensions, respectively. Phyllosilicates (illite, interstratified clays and smectite) primarily present in the two samples seem to dominate the surface charge behaviour of the soil colloidal suspensions as seen by potentiometric or electrophoretic titrations. However, TEM after staining and AFM observations show also the presence of organic phases with different status according to the sample, i.e. surface coatings or interparticle bonds. The data clearly indicate the influence of organic matter on the main physico-chemical characteristics of colloids (morphology, size distribution and surface charge) related to the reactivity and the transfer of colloids in soils

Significance and fate of mineral and organic colloids in gravitational water of metal-polluted soils

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Transfert des métaux en sites et sols pollués : cas du site de Mortagne-du-Nord

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Silicon isotopic fractionation during adsorption of aqueous monosilicic acid onto iron oxide

The quantification of silicon isotopic fractionation by biotic and abiotic processes contributes to the understanding of the Si continental cycle. In soils, light Si isotopes are selectively taken up by plants, and concentrate in secondary clay-sized minerals. Si can readily be retrieved from soil solution through the specific adsorption of monosilicic acid (H4SiO40) by iron oxides. Here, we report on the Si-isotopic fractionation during H4SiO40 adsorption on synthesized ferrihydrite and goethite in batch experiment series designed as function of time (0-504 h) and initial concentration (ic) of Si in solution (0.21-1.80 mM), at 20 degrees C, constant pH (5.5) and ionic strength (1 mM). At various contact times, the delta Si-29 vs. NBS28 compositions were determined in selected solutions (ic = 0.64 and 1.06 mM Si) by MC-ICP-MS in dry plasma mode with external Mg doping with an average precision of +/- 0.08 parts per thousand (+/- 2 sigma(SEM)). Per oxide mass, ferrihydrite (74-86% of initial Si loading) adsorbed more Si than goethite (37-69%) after 504 h of contact over the range of initial Si concentration 0.42-1.80 mM. Measured against its initial composition (delta Si-29 = +0.01 +/- 0.04 parts per thousand (+/- 2 sigma(SD))), the remaining solution was systematically enriched in Si-29, reaching maximum delta Si-29 values of +0.70 +/- 0.07 parts per thousand for ferrihydrite and +0.50 +/- 0.08 parts per thousand for goethite for ic 1.06 mM. The progressive 29 Si enrichment of the solution fitted better a Rayleigh distillation path than a steady state model. The fractionation factor (29)epsilon(+/- 1 sigma(SD)) was estimated at -0.54 +/- 0.03 parts per thousand for ferrihydrite and -0.81 +/- 0.12 parts per thousand for goethite. Our data imply that the sorption of H4SiO40 onto synthetic iron oxides produced a distinct Si-isotopic fractionation for the two types of oxide but in the same order than that generated by Si uptake by plants and diatoms. They further suggest that the concentration of light Si isotopes in the clay fraction of soils is partly due to H4SiO40 sorption onto secondary clay-sized iron oxides. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved