Dynamique du Fe et évolution des sols: approche isotopique Zuzana Fekiacova INRA - UR1119 Géochimie des sols et des eaux Europôle méditerranéen de l'Arbois Bâtiment Laënnec - Avenue Philibert BP 80 F 13545 Aix-en-Provence Cedex 04

L'évolution des constituants des sols à l'aide des isotopes du Fe Objectifs : identifications des minéraux impliqués dans l'évolution des sols en fonction des conditions physico-chimiques, étude des cinétiques d'évolutions, étude de l'impact des cultures sur le cycle de Fe et sur l'évolution du sol. effet des variations climatiques effets anthropiques

Etat des connaissances: isotopes du Fe Isotopes stables 54Fe, 56Fe, 57Fe, 58Fe Etats d'oxydation II, III Notation classique (‰): Sols ; nombre d’études limité : variations de concentrations et de compositions isotopiques entre différents horizons des sols mécanismes de fractionnements isotopiques systématiques : produit : enrichi en isotopes légers résidu : enrichi en isotopes lourds réactif (A)  produit (B) + résidu (A’) altération Fe(III) (stable) Fe(II) (soluble) d56FeDissout < d56FeRoche Examples: réservoirs du Fe-léger (e.g., dissolution du Fe(III) en milieu réducteur, solubilisation du Fe(III) solide par complexation, sorption du Fe-lourd sur des surface des particules) réservoirs du Fe-lourd (e.g., oxydation du Fe(II), fractionnement à l’équilibre entre Fe(II) & Fe(III) en solution, précipitation du Fe(III))

Approche: 1. Etude in situ Approche expérimentale sol minéraux Etude des concentrations et variations isotopiques en fonction : du type d'horizon et de la profondeur + variations latérales des variations des conditions physico-chimiques (état redox, précipitations, etc.) Bilans de masse et bilans isotopiques : identification et caractérisation des réservoirs rôle des réservoirs dans l'évolution du sol Etude fine au niveau minéralogique : évolution des minéraux primaires évolution des minéraux secondaires Approche expérimentale Dispositif expérimental en milieu contrôlé fractionnements induits au cours des transformations minérales vitesse et type de fractionnements (à l'équilibre, cinétique)

Dynamique du Fe dans une séquence: sol sain - sol hydromorphe L’oxydo - réduction : dynamique du Fe facteur de couplage entre les cycles des éléments chimiques Terrain d’étude: sols hydromorphes système complexe anthropisé : zone agricole en exploitation et friche humide de bas-fond

Trolard et al. 1997

Distribution des éléménts majeurs et traces dans les sols Trolard et al. 1997

Dynamique saisonnière dans la solution du sol à l’aval de la zone d’épandage ; deux profondeurs différentes ; des paramètres non conservatifs (pH, Eh, FeII): mesures sur le terrain ; des cations, anions et métaux: analyses au laboratoire.  Apparition de conditions réductrices = mobilité du Fe, du Cu et du Zn Trolard et al. 1997

En résumé : Isotopes du Fe: Les processus liés à l’oxydo-réduction : affectent les combinaisons des éléments chimiques ; conduisent à la création des zones puits et/ou sources ; Isotopes du Fe: la dynamique des transformations minéralogiques les interactions Fe - éléments de traces, Fe - matière organique l'impact des variations climatiques et de l'activité humaine sur l'évolution des sols