État d’avancement du projet STARDUST 01 juillet – 31 décembre 2002 Olivier Clarisse Bruxelles, le 14 mars 2002 VLIZ Spatial and Temporal Assessment of.

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1 État d’avancement du projet STARDUST 01 juillet – 31 décembre 2002 Olivier Clarisse Bruxelles, le 14 mars 2002 VLIZ Spatial and Temporal Assessment of high Resolution Depth profiles Using novel Sampling Technologies

2 sédiment colonne d’eau contaminants ? Chimie contamination historique toxicité dépend de la mobilité des contaminants Contamination et Toxicité nature et état de la contamination présence de phases pièges ex les sulfures pour Hg, Cd, Cu et Pb

3 Chimie contamination historique toxicité dépend de la mobilité des contaminants Contamination et Toxicité nature et état de la contamination présence de phases pièges ex les sulfures pour Hg, Cd, Cu et Pb impact sur le vivant et bioaccumulation sédiment contaminants colonne d’eau ? bioturbation

4 sédiment contaminants colonne d’eau ? Remise en suspension du sédiment influence du dragage et du curage influence des marées, du batillage Chimie contamination historique Contamination et Toxicité nature et état de la contamination présence de phases pièges ex les sulfures pour Hg, Cd, Cu et Pb impact sur le vivant et bioaccumulation bioturbation toxicité dépend de la mobilité des contaminants  Nécessité d’échantillonner les eaux interstitielles avec une résolution millimétrique

5 Carotte sédimentaire (~30 cm) Techniques de prélèvements Découpe des carottes sédimentaires sous atmosphère inerte Avantages technique connue et maîtrisée récupération des phases solide et dissoute Inconvénients technique lourde et délicate à mettre en oeuvre faible résolution des profils (ordre du cm)

6 Concentration of ion distance C gel CbCb solutiongel Gel en agarose Principe d’équilibration Polymérisation à froid Porosité du gel 20 nm Les DET Diffusional Equilibrium in Thin film

7 Chromatographie ionique : Analyse des anions Cl -, Br -, NO 3 -, SO 4 2- ICP-AES – GFAAS : Analyse des métaux Fe, Mn, Cr, Cu, Pb …. Comparaison DET- carottes.

8 Couplage ICP-MS-DET: analyse de 18 éléments traces dans les eaux interstitielles. Sr, As, Ba, Co, Mn, Mo, Tl, Bi, Sb, Se, Ag, Ni, V, Cr, Cu, Cd et Zn. Étude des équilibres chimiques dans le sédiment : devenir des contaminants. SrAsBaCoMn MoTlBiSbPb

9 Les DGT Diffusive Gradient in Thin film Gel en polyacrylamide Préconcentration sur résine Polymérisation à chaud - Hydratation Porosité du gel 2 nm gg Concentration of ion rr Resin in receiving gel distance Diffusive gel CbCb solution Diffusive Boundary Layer

10 y = 4,87x R 2 = 0,99 0 250 500 750 04080120 temps en heures masse de Cd en ng y = 297,81x R 2 = 0,99 0 150 300 450 00,511,5 1/  g en mm masse de Cd en ng Les DGT en solution masse de cadmium accumulée par des DGT en fonction (a) du temps d’exposition et (b) de l’épaisseur des gels de diffusion dans des solutions standard de 10 µg.L -1 1 ere loi de diffusion de Fick Masse de métal M accumulé par la résine est proportionnelle au temps t d’exposition du gel et à son épaisseur  g

11 Les DGT dans le sédiment Sédiment milieu relativement clos Appauvrissement des concentrations métalliques des eaux interstitielles Remobilisation de la phase solide Mesures des Flux de remobilisation Interprétation de ces flux en termes de concentrations possible que dans le cas (i) Déploiement de plusieurs gels dans le sédiment -de différentes épaisseurs -pour différents temps d’exposition Identification Représentation schématique du gradient de concentration dans un DGT en contact avec l’eau interstitielle dans le cas où le relargage de la phase solide est rapide (i), lent (iii) et inexistant (ii).

12 -15 -12 -9 -6 -3 0 3 02505007501000 flux de Fe en pg/cm².s profondeur en cm Fe_24h Fe_64h Fe_116h 04,5913,518 [Fe] DGT en mg/L -15 -12 -9 -6 -3 0 3 0255075100 flux de Mn en pg/cm².s profondeur en cm Mn_24h Mn_64h Mn_116h 00,450,91,351,8 [Mn] DGT en mg/L Flux de fer et de manganèse mesuré par les DGT après 24, 64 et 116 heures d’exposition dans un sédiment artificiel. Ces flux sont également interprétés comme les concentrations des eaux interstitielles.

13 Les micro-électrodes Schéma d’une microélectrode Redissolution cathodique dans un sédiment de la baie d'Authie

14 Profils sédimentaires mesurés in situ de S 2-, Mn 2+ et FeS dans les sédiments de la baie d’Authie. S 2- Ep = -640 mV vs Ag/AgCl Mn 2+ Ep = -1540 mV vs Ag/AgCl FeS Ep = -1000 mV vs Ag/AgCl Devenir du fer et manganèse dissous en présence des sulfures Compréhension des équilibres chimiques au sein de la colonne sédimentaire

15 Conclusions carottes technique lourde et coûteuse résolution centimétrique récupération des eaux interstitielles et de la phase solide peepers de gels acquisition récente d’un ICP-MS devrait permettre d’élargir le panel d’éléments analysés d’améliorer les limites de détection DGT préconcentration métaux traces DET équilibre anions et cations Principe Analyse

16 microélectrodes 1 iers résultats sont prometteurs Mesures de courants – Calibration nécessaire des microélectrodes effet de la salinité et de la température Redissolution anodique : Cd, Cu, Pb et Zn. Techniques non compétitives mais complémentaires Intercomparaison des différentes techniques autour du manganèse Perspectives Application sur les sites d’étude : Authie, Deûle, Escaut … justesse des différentes techniques nature des espèces mesurées par chaque technique (spéciation)