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Ludovic Lesven, Martine Leermakers, Gabriel Billon Bruxelles, 20 septembre 2007 VLIZ Spatial and Temporal Assessment of high Resolution Depth profiles.

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1 Ludovic Lesven, Martine Leermakers, Gabriel Billon Bruxelles, 20 septembre 2007 VLIZ Spatial and Temporal Assessment of high Resolution Depth profiles Using novel Sampling Technologies Vlaams Institute Voor de Zee Université des Sciences et Technologies de Lille Vrije Universiteit Brussel Programme INTERREG III : STARDUST Flux métalliques à linterface eau-sédiment Metallic fluxes at water-sediment interface

2 INTERREG III : STARDUST Introduction Bruxelles, 20 septembre 2007 La plupart des études menées in situ révèlent le rôle primordial des sédiments dans le cycle biogéochimique des métaux : ils constituent des sites privilégiés pour l'accumulation de ces éléments. Sous leffet de modification des conditions physico-chimiques du milieu, les sédiments peuvent se comporter comme des bombes à retardement, avec des évolutions de la spéciation des métaux et de leurs toxicités. Afin dappréhender au mieux le devenir de certains contaminants métalliques provenant du sédiment, quil soit naturel ou dû à des remises en suspension dorigine humaine, de nombreuses études ont été menées. Néanmoins, il existe encore peu dinformation sur la diffusion naturelle de certains métaux provenant du compartiment sédimentaire. Les études préliminaires menées dans ce cadre par lUSTL et le VUB ont donc pour objectif détudier ces flux diffusifs à linterface eau sédiment. Le site retenu, Helkijn, appartient à la zone transfrontalière définie par le projet STARDUST INTERREG III.

3 BOAT Oxygen reduction: O 2 H 2 O Denitrification: NO 3 - N 2 Reduction of manganese hydroxides: Mn(III, IV) Mn 2+ Reduction of iron hydroxides: Fe(III) Fe 2+ Sulfate reduction: SO 4 2- S 2- … MS with M= Fe, Pb, Zn, Cu, Cd… Organic matter Water Sediment Natural metallic fluxes Mn(II) Resuspension Bioturbation Anoxic zone Oxic zone INTERREG III : STARDUST Introduction Bruxelles, 20 septembre 2007

4 Prélèvements ont été effectués par plongée : 4 carottes (50 cm de long / 15 cm de diamètre) : 40 cm de sédiment, 10 cm deau surnageante pour incubation 50 litres deau de surface (pour la nourrice) pour incubation 15cm 50cm INTERREG III : STARDUST Prélèvements Bruxelles, 20 septembre 2007

5 Lors de lincubation, sont mesurés les paramètres suivants à des temps dintervalles T: Métaux dissous : eau surnageante et nourrice par ICP-MS HR Anions : eau surnageante et nourrice par Technicon Ammonium : eau surnageante et nourrice par colorimétrie / UV-visible Oxygène : eau surnageante et nourrice par ampérométrie / microélectrode O 2 Ampéromètre Prélèvement deau au temps T Robinet douverture de la cellule Cellule Microélectrode O 2 INTERREG III : STARDUST Incubation Bruxelles, 20 septembre 2007

6 60mL deau surnageante est prélevée dans chaque carotte à chaque intervalle de temps T prédéfini Chaque échantillon est filtré à 0.45µm et acidifié (HNO 3 1M) pour lanalyse des métaux traces Aimant en U INTERREG III : STARDUST Incubation (2) Bruxelles, 20 septembre 2007

7 Le calcul total des flux est basé sur les variations des concentrations métalliques dans leau surnageante de chaque carotte Chaque concentration obtenue est corrigée de la dilution due à leau de la nourrice Une régression linéaire est tracée pour chaque métal fonction de la concentration à chaque intervalle de temps Si la régression est significative, un flux métallique peut être calculé : Dans toutes les expériences, h = 0.058m. Le volume de leau surnageante est 1,08L Pente de la régression linéaire en µmol.dm -3.h -1 hHauteur de la colonne deau dans la carotte en m R Rayon de la carotte en m INTERREG III : STARDUST Calcul des flux benthiques Bruxelles, 20 septembre 2007

8 Une première expérience de flux benthique a été réalisée en décembre 2006 sur le site dHelkijn : 3 carottes ont été prélevées et placées en chambre dincubation à température ambiante de 5°C Les échantillonnages ont été effectués directement après ajout de leau de nourrice après 15min, 30min, 1h et toutes les heures jusquà 8h INTERREG III : STARDUST Premiers résultats : décembre 2006 Bruxelles, 20 septembre 2007

9 INTERREG III : STARDUST Premiers résultats : décembre 2006 Bruxelles, 20 septembre 2007

10 unitésMnFeCoNi pente nmol/L/h Flux nmol/m²/h Le calcul des flux à linterface eau-sédiment pour le Mn et le Co pour les 3 carottes donne une bonne reproductibilité On observe un flux positif de ces métaux Les coefficients des régressions linéaires pour les autres métaux sont faibles et ne permettent pas de calculer de flux Pour le Fe(II), cela peut sexpliquer en partie par la rapide oxydation et la précipitation en Fe(III) Pour les autres métaux, trop de paramètres entrent en jeu pour un calcul cohérent des flux dans cette expérience : remobilisation, précipitation, complexation… INTERREG III : STARDUST Premiers résultats : décembre 2006 Bruxelles, 20 septembre 2007

11 Une deuxième expérience de flux benthique a été réalisée en mars 2007 sur le site dHelkijn : 3 carottes ont été prélevées et placées en chambre dincubation à température ambiante de 15°C (printemps) Les échantillonnages ont été effectués directement après ajout de leau de nourrice après 15min, 30min, 1h et toutes les heures jusquà 8h Des expériences en milieu oxique, anoxique, avec et sans remobilisation ont été réalisées Pour chaque intervalle de temps, un suivi du taux doxygène à été effectué INTERREG III : STARDUST Premiers résultats : mars 2007 Bruxelles, 20 septembre 2007

12 INTERREG III : STARDUST Premiers résultats : mars 2007 Bruxelles, 20 septembre 2007

13 unitésMnFeCoNi pente nmol/L/h / Flux nmol/m²/h / Le calcul des flux à linterface eau-sédiment pour le Mn et le Co pour les 3 carottes donne une bonne reproductibilité On observe un flux positif de ces métaux comme en décembre 2006 Les coefficients des régressions linéaires pour les autres métaux sont à nouveau faibles et ne permettent pas de calculer de flux Les résultats pour le fer montrent un flux positif pour un réplicat et un négatif pour un autre Pour beaucoup dautres métaux, même si les flux ne sont pas calculables, le rôle de source ou de puits pour le sédiments est aisément interprétable INTERREG III : STARDUST Premiers résultats : mars 2007 Bruxelles, 20 septembre 2007

14 Létude préliminaire des flux métalliques à linterface eau sédiment a fourni de premiers résultats encourageant notamment pour le Mn, Co et Ni La difficulté dinterpréter certains flux métalliques obtenus montre la complexité biogéochimique du sédiment : les flux du fer sont tantôt positifs tantôt négatifs selon léquilibre précipitation oxydation Dautres expériences ont été réalisées en simulant une anoxie et une remobilisation : les résultats seront présentés ultérieurement Ces expériences de flux métalliques seront reconduits sur les sites de lEspierre (milieu fortement anoxique) et de la Deûle (fortement contaminé par le Pb et Zn) Des comparaisons avec les flux mesurés par la technique DGT – Chelex seront effectuées Des essais de mesure des flux métalliques seront testés par électrochimie / microélectrode dor INTERREG III : STARDUST Conclusion Bruxelles, 20 septembre 2007

15 sédiment eau 1.6cm sédiment Microélectrode dor INTERREG III : STARDUST Conclusion Bruxelles, 20 septembre 2007

16 Remerciements à Lionel DENIS pour le prêt de son système dincubation pour la mesure des flux métallique (L. Denis, Dynamique des flux doxygène et des sels nutritifs à linterface eau sédiment sur la marge continentale du golfe de Lion, 1999) INTERREG III : STARDUST Remerciements Bruxelles, 20 septembre 2007


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