Etude expérimentale de la dégradation des traceurs fluorescents sous l'influence des variations de paramètres environnementaux

National audienceLa réalisation des traçages à l'aide de traceurs fluorescents conduit, dans certains cas, à des bilans de restitution très déficitaires. Compte tenu de l'incidence que ce phénomène peut avoir sur la forme de la distribution des temps de séjour, qui est à la base de toute l'interprétation d'un traçage, il devient nécessaire de s'interroger sur le comportement des traceurs fluorescents une fois injectés dans le milieu naturel. Seule l'influence du facteur pH sur la capacité de fluorescence est bien documentée dans la littérature. La photodégradation des traceurs est également un phénomène connu, mais peu de données sont disponibles sur les taux et les vitesses de dégradation. L'effet d'autres paramètres comme la température reste méconnu, surtout pour les traceurs autres que l'uranine. Cet article présente les premiers résultats d'une étude expérimentale de plusieurs mois portant sur l'impact de facteurs environnementaux tels que la lumière et la température, sur la fluorescence des traceurs les plus couramment utilisés (uranine, éosine). Cette étude essaie de quantifier l'impact de chaque paramètre sur chaque traceur, donnant également une idée de la cinétique de dégradation. Nous avons constaté une décroissance très rapide de la fluorescence de l'uranine à la lumière naturelle: une perte de 23 % au bout de 1 h, et de 99 % au bout de 2 semaines pour des concentrations de 25 µg/L. Nous observons également une nette influence de la lumière sur l'intensité de fluorescence de l'éosine, mais avec une décroissance plus lente que pour l'uranine. De manière inattendue, nous avons constaté une influence non négligeable des fortes températures (40 °C) sur la diminution de la fluorescence de l'uranine, alors que rien de tel n'a été observé pour l'éosine. Ces résultats devraient aider à une meilleure compréhension du comportement de chaque traceur dans des conditions naturelles changeantes, pour une adaptation plus adéquate à des contextes variés, et permettre un usage plus informé de ces traceurs dans le cadre des multitraçages

Impacts multi-échelles d'un échange (Mg, Ca)-Pb et ses conséquences sur l'augmentation de la perméabilité d'une bentonite.

The article addresses the structural effects of solutions of lead nitrate on a suspended or compacted bentonite. A permeability increase is observed on compacted clay. Investigating the composition of output solution, using X-Rays Diffusion at Small Angles and Scanning Electron Microscopy, this permeability increase is explained from structural variations at nanometric (reduction of particle size) and micrometric scales (microfissuration of aggregates)

Apport des traçages à la connaissance du système karstique du Val d'Orléans. Historique et nouvelles avancées

Le Val d'Orléans, avec le petit cours d'eau qui donne son nom au département du Loiret, a de tout temps excité la curiosité et fait l'objet d'observations de plusieurs admirateurs du milieu naturel. Si l'étendue géographique du système karstique du Val d'Orléans est bien définie (du méandre de Guilly, près de Sully-sur-Loire à l'est, jusqu'à la confluence Loire-Loiret à l'ouest ; Fig. 1) ses limites hydrogéologiques précises, malgré de nombreux travaux menés, restent encore mal connues. Or, la délimitation du système est une étape essentielle et préalable à toute démarche visant à comprendre les altérations de la qualité de la ressource en eau pouvant résulter de la contribution d'eaux polluées à son alimentation et à assurer la protection de cette ressource

Étude de matériaux argileux albanais. Caractérisation "multi-échelle" d'une bentonite magnésienne.

M. J-C. TOURAY Professeur, Université d'Orléans Directeur de thèseM. C. AYORA Professeur, CSCI, Barcelone RapporteurM. D. TESSIER Directeur de Recherche, INRA, Versailles RapporteurM. D. KING Directeur de Recherche, INRA, Orléans Président, ExaminateurMme. A. JULLIEN Directeur de Recherche, LCPC, Nantes ExaminateurM. A. NEZIRAJ Directeur de Recherche, IRG, Tirana ExaminateurThis study adresses the clay/metallic cation interaction with respect to their part played in landfill sites. The present study is aimed to correlate the permeability variations with structural and textural modifications, produced as a result of heavy metal sorption by the clay. The clay used for the experimental works has been chosen among three Albanian samples because of its bentonite-like characteristics. It is originated from Prrenjas region, and derived from supergene alteration of ultrabasic rocks. This bentonite is characterized by a high value of CEC (90 meq/100g), Mg2+ as a major interlayer cation and the presence of interstratified illite (11%). The XRD, TEM and SAXS allow to identify the mineralogy and the special morphology of Prrenjas bentonite, i.e. microagregates made of thiny particles, strongly different from Wyoming "standard" montmorillonite. The exchange experiments with Pb(NO3)2 on suspended clays, have been performed with concentrations ranging from 10-5M to 10-2M. In addition to a study of micro structural and textural, several effects of lead sorption are evidenced. A reduction of hydration in interlayer space is observed by XRD. TEM images have shown, the fragmentation of microagregates leading to the initial particles. On the contrary, the Wyoming montmorillonite shows very few modification. XPS analyses have confirmed a lead sorption on the clay surface more important for the Prrenjas clay than for the Wyoming montmorillonite. Percolation of 10-2M Pb(NO3)2 solution was carried out until a total sorption of Pb2+, into a compacted clay. A great increase of permeability (a factor 40) is observed, much higher than that observed in the Wyoming clay (a factor 2). In percolated sample, observation using cryo-SEM reveals the formation of interconnected micro-cracks nets, explaining the large flow increase. Finally, this work, shows that permeability increase, observed for Prrenjas bentonite, is linked to structural modifications at different scales of clay organisation.Ce travail s'inscrit dans le cadre des études de l'interaction argile/polluant, concernant l'utilisation des argiles comme barrière d'un site de stockage de surface. Le travail présenté se propose de relier les variations de la perméabilité avec les modifications structurales et microtexturales pouvant être induites par la fixation d'un cation métallique sur une argile. Parmi 3 matériaux argileux albanais présélectionnés, celui de Prrenjas, formé par pédogenèse puis sédimentation continentale aux dépens d'une roche mère (ultrabasique), a été choisi en raison de ses caractéristiques proches d'une bentonite. Cette bentonite se caractérise par la présence majoritaire de smectite, par une CEC élevée, (90 meq/100 g), de Mg2+ majoritaire en position interfoliaire et la présence d'illite (11%) interstratifiée. Au MET la bentonite de Prrenjas a une morphologie particulière, avec une texture en microagrégats constitués de petites particules, qui la différencie des bentonites «modèles», du type Wyoming. Les études de l'interaction de l'argile en suspension avec des solutions de concentrations variées en Pb(NO3)2 couplées à l'étude de l'évolution structurale et microtexturale du matériau ont permis d'observer l'effet de Pb2+ sur l'argile de Prrenjas et sur l'argile de référence, Wyoming (SPV) échangée-Mg. Une diminution de l'hydratation de l'espace interfoliaire en fonction de la fraction molaire de Pb2+ a été observée par DRX. Les clichés de MET ont montré, pour l'argile de Prrenjas, une fragmentation des microagrégats qui la constituent en petites particules. Par contre, l'argile de référence paraît peu modifiée. La spectrométrie XPS indique une fixation de Pb2+, en surface des particules, plus importante pour l'argile de Prrenjas que pour l'argile de référence. Les essais de longue durée de fixation de Pb2+, par percolation d'une solution de Pb(NO3)2 à forte concentration (10-2 M) à travers l'argile compactée, ont montré une augmentation de la perméabilité d'un facteur 40, comportement, sans commune mesure, avec celui de la montmorillonite de référence (facteur 2). Les observations au cryo-MEB de l'argile compactée après la percolation de Pb(NO3)2 10-2M montrent des chemins d'écoulement connectés qui expliquent l'augmentation observée du débit. Finalement, ce travail montre que l'augmentation de la perméabilité, observée pour l'argile de Prrenjas, est une conséquence des modifications structurales aux différentes échelles d'organisation du matériau

Etude de matériaux argileux albanais (caractérisation multi-échelle d'une bentonite magnésienne)

Ce travail s'inscrit dans le cadre des études sur l'interaction argile/polluant, concernant l'utilisation des argiles comme barrière d'un site de stockage de surface. Le travail présenté se propose de relier les variations de la perméabilité avec les modifications structurales et microtexturales pouvant être induites par la fixation d'un cation métallique sur une argile. Parmi 3 matériaux argileux albanais présélectionnés, celui de Prrenjas, formé par pédogenèse puis sédimentation continentale aux dépens d'une roche mère (ultrabasique), a été choisi en raison de ses caractéristiques proches d'une bentonite.ORLEANS-BU Sciences (452342104) / SudocORLEANS-ISTO (452342307) / SudocSudocFranceF

Incidence of lead uptake on the microstructure of a (Mg, Ca)-bearing bentonite (Prrenjas, Albania)

The article addresses Pb uptake and microstructural/morphological modifications of a (Mg, Ca)-bentonite (Prrenjas, Albania) after interaction with solutions of elevated lead content. Comparison is made with a Wyoming montmorillonite transformed to the Mg-dominated form. Characterised by X-ray diffraction (XRD) and Transmission Electron Microscopy (TEM), the Prrenjas bentonite is predominantly a smectite, containing 10 % of interlayered illite, with associated kaolinite, antigorite, halloysite and minor chlorite. Significant magnesium is present in the octahedral layer in association with aluminium and iron. The CEC is rather high (above 80 meq/100 g). Magnesium and calcium are the main cations exchanged during CEC determinations and Pb uptake experiments. From TEM studies, microstructural units are composed by closely packed clay particles with 10 to 15 stacked platelets, in contrast with Wyoming montmorillonite. Exchange experiments with lead nitrate on suspended clays have been performed with concentrations ranging from 10−5 M to 10−2 M. A comparable capacity of lead sorption is observed by Atomic Absorption Spectrometry (AAS) for Prrenjas bentonite and Wyoming montmorillonite. At increasing lead uptake, a higher reduction of hydration in interlayer space is observed by XRD on Wyoming montmorillonite. At the highest lead concentrations, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analyses of the Prrenjas Bentonite reveal Pb sorption in a "non interlayer" site. TEM images of the same clay show a significant size decrease of microstructural units in relation to the lead sorption. On the contrary, the Mg-exchanged Wyoming montmorillonite is not modified. Presumably, the "non interlayer lead" uptake results either from surface complexation at an edge site, or from ionic exchange with edge-exposed octahedral magnesium. Both mechanisms could initiate at edge-to-face contacts and result in a breaking process of the microstructural units

Estimation des caractéristiques hydrodispersives de la nappe des alluvions dans le Loiret

International audienceA long duration pumping test (7 days) was coupled with a converging radial flow tracer test in the Loiret alluvial aquifer, which overlies the very productive Beauce limestone. The interpretation of the long duration pumping test on an observation well, 33 m away from the pumping, well shows that the storage coefficient is of the order of 2.1x10-3, typical of a confined pressure transfer. The interpretation of the tracer test, of which 60 % of the mass was recovered, with a single-layer model made it possible to determine a kinematic porosity of 2.3 % as well as a dispersivity of 0.38 m (1/86 of the transport distance), for a maximum speed of 22 m/d and an average speed of 11 m/d. These results suggest that the transfer of tracer took place in an unconfined layer unlike the transfer of pressure in a confined layer. It seems that the pumping well simultaneously captures alluvium (unconfined aquifer) and Beauce limestone (confined aquifer).Un essai de pompage de longue durée (7 jours) a été couplé à un traçage en écoulement radial convergent dans la nappe alluviale du Loiret qui surmonte le très productif calcaire de Beauce. L’interprétation de l’essai de longue durée sur un ouvrage d’observation à 33 m du puits de pompage montre que le coefficient d’emmagasinement est de l’ordre de 2.1x10-3, typique d’un transfert de pression en nappe captive. L’interprétation du traçage, dont 60 % de la masse a été restituée, via un modèle monocouche a permis de déterminer une porosité cinématique de 2.3 % ainsi qu’une dispersivité de 0.38 m (1/86 de la distance de transport), pour une vitesse maximale de 22 m/j et une vitesse moyenne de 11 m/j. Ces résultats suggèrent que le transfert de matière s’est fait en nappe libre contrairement au transfert de pression en nappe captive. Des questions persistent sur le puits de pompage, il semblerait que celui-ci capture simultanément les alluvions (nappe libre) et des calcaires de Beauce (nappe captive)

Evidence of long term biogeochemical interactions in carbonate weathering: The role of planktonic microorganisms and riverine bivalves in a large fluviokarst system

International audienceThe infiltration of organic-rich surface waters towards groundwaters, is known to play a significant role in carbonate weathering and in contributing to the atmospheric continental carbon sink. This paper investigated biogeochemical interactions in karst critical zones, with strong surface water /groundwater interactions, and in particular the role of planktonic microorganisms and riverine bivalves through the analysis of particulate organic matter (OM) oxidation on carbonate weathering. In the large Val d'Orléans fluviokarst aquifer (France), a 20-year monthly dataset of Nitrates, Dissolved Oxygen (DO), dissolved inorganic and organic Carbon (DIC and DOC) fluxes was gathered. The surface water-groundwater comparison of geochemical trends showed that planktonic microorganisms had drastically decreased in surface waters, related to the proliferation of Corbicula bivalves spreading and a decrease in nutrients. This decrease in planktonic microorganisms was followed by a DO increase and an DIC decrease at the karst resurgence. The degradation of planktonic microorganisms consumes DO and produces NO3, dissolved inorganic carbon (DIC) and a proton that in turn, dissolves calcite and produces DIC. Without the input from planktonic microorganisms, the fluviokarst has lost 29 % of this nitrification and 12 % of the carbonate dissolution capacities. Thus, the oxidation of particulate organic matter of planktonic microorganisms, which is part of heterotrophic respiration, appears to be a significant source of the inorganic carbon flux in riverine ecosystems. This shows how weathering can remain active under waters saturated versus calcite and suggests that the oxidation of organic matter can be a more appropriate mechanism than autotrophic respiration to explain the relationship between global warming and DIC flux change in rivers. Through the consumption of plankton, the animal life in rivers thus influences the inorganic carbon in groundwaters, creating a negative feedback in the carbon cycle