Action sur Projets

EC2CO
Écosphère Continentale et Côtière
ACTION SUR PROJET
Appel d’offres 2011 – Dossier scientifique
L’action sur projet « Ecosphère Continentale et Côtière » se compose d’actions thématiques
(AT). Veuillez cocher la ou les cases pertinentes (sélectionner et cliquer dessus deux fois) :
Cycles hydro-biogéochimiques, transferts et impacts écotoxicologiques [CYTRIX]
Microbiologie environnementale [MicrobiEn]
Si votre projet est également soumis à une autre Action sur Projet de l’INSU, cochez la case cidessous en précisant le titre de l’AP :
Action sur Projet :
TITRE DU PROJET : Contaminations Organiques dans les MIlieux Karstiques
Responsable du Projet (nom, prénom, qualité) : Perrette Yves, CR1-CNRS
Unité de rattachement (code Unité, adresse, téléphone, mail) :UMR 5204, Pole Montagne, Savoie
Technolac, F73376 le Bourget du Lac, 04 79 75 78 88, [email protected]
Durée totale du projet (maximum 2 ans) : 2 ans
Demande budgétaire pour les années à venir :
2011 :
2012 :
18 500
7 600
Autres sources de financement demandées ou assurées (préciser origine et montant HT) :
demandé : Soutien echange international (Australie-France) : 3 missions d'échange
Visa obligatoire du Directeur de formation
Signature du demandeur :
(signature scannée)
INSU / EC2CO/AP – AO 2011
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DOSSIER SCIENTIFIQUE
1. Mots-clefs :
Spéléothème, Hydrocarbure Aromatique Polycylique (HAP), histoire des contaminations, alpes,
paleoenvironnement
2. Contexte du projet de recherche : questions posées, connaissances acquises :
Les polluants organiques persistants semi-volatils (POP) peuvent être transportés à distance de leurs sources d’émission
sous forme gazeuse ou particulaire dans le compartiment atmosphérique. Ces POP migrent par des cycles successifs de
volatilisation suivie d’un dépôt (sec ou humide) connus sous le terme « d’effet sauterelle » ou « de condensation froide ».
Les régions de montagne et les Alpes en particulier, sont des pièges géographiques et météorologiques des polluants
atmosphériques en raison de l’effet barrière aux mouvements atmosphériques Ouest-Est, des fortes précipitations pluvionivales associées et des faibles températures. Les sols forestiers de montagne sont particulièrement concernés par les
retombées de pollutions atmosphériques. Il a été récemment démontré que les concentrations des POP dans les forêts alpines
sont supérieures à ce qu'elles seraient si la contamination n’était due qu’aux émissions locales (chauffage, circulation,
industrie). Les Alpes jouent ainsi le rôle de puits de POP émis dans l’atmosphère de sites plus ou moins distants.
Les montagnes subalpines calcaires constituent le premier relief soumis aux flux d’ouest et sont donc soumises à une
accumulation importante de POP dans les sols. Cette contamination diffuse y est problématique car elle peut être transférée
dans les eaux d’infiltration karstique utilisées pour les activités humaines (AEP, agriculture, tourisme). Ce fond de pollution
diffuse pourrait donc présenter à terme un problème pour la qualité des eaux souterraines et les écosystèmes associés ,
notamment lors des épisodes hydrologiques remobilisant les stocks de POP liés aux fractions minérales des sols ou des
aquifères.
Le devenir des POP dans le milieu est généralement étudié à l'échelle du mois voire de quelques années. Pourtant, les
connaissances de l'histoire des pollutions atmosphériques montrent que certains de ces micropolluants (ici les HAP) sont
stockés et remobilisés dans les sols de montagne depuis plusieurs siècles. Les activités développées durant les périodes
romaine puis médiévale sont à l'origine de premières contaminations qui n'ont cessé d'augmenter depuis l'entrée dans la
période industrielle. Mais aujourd'hui, on ne sait pas quelle est la part de l'accumulation des pollutions anciennes dans la
contamination mesurée dans les eaux souterraines et les milieux de montagne.
3. Objectif général et questions de recherche traitées :
Notre objectif est d'étudier la Contamination Organique dans les Milieux Karstiques par une approche rétrospective des POP
piégés au sein des spéléothèmes (concrétions carbonatées de grottes) durant les derniers millénaires.
Parmi les micropolluants présents dans l'écosystème terrestre, ce projet de recherche est focalisé sur l'étude des HAP qui,
générés par la combustion de biomasse, sont produits depuis longtemps par l'Homme. De plus, certains de leurs dérivés
peuvent être utilisés comme marqueur moléculaire et leurs propriétés physico-chimiques font de cette famille de composés un
bon indicateur du devenir potentiel du flux global de micropolluants organiques semi-volatils et plus largement de marqueurs
moléculaires globaux (alcanes, acides gras) dans le milieu.
Des recherches récentes montrent que la fraction la plus soluble (< à 3 noyaux aromatiques) présente dans les dépôts
atmosphériques, est directement transférée vers les résurgences, alors que les composés plus hydrophobes sont stockés dans
les sols et le réseau karstique (Durand et al., soumis). Nous avons également montré que les composés les plus solubles sont
piégés dans des spéléothèmes (Perrette et al. 2008). Une recherche visant à identifier l’origine de ces composés a permis de
montrer que, leur origine peut être soit pédologique, soit directement associée au retombées atmosphériques humides.
Le cœur de ce projet exploratoire est d'utiliser les spéléothèmes comme archives naturelles du flux passé de micropolluants
atmosphériques. Le modèle général le sous tendant est que les polluants atmosphériques sont piégés dans les sols par
retombées sèches directes ou via la senescence de la canopée qui les adsorbe. Ce flux est transmis directement par l'eau ou
indirectement durant les phases d'érosion des sols vers les eaux souterraines. Une part de ces flux est piégée par les
spéléothèmes où ils sont archivés.
Ainsi, l'approche rétrospective du flux de polluants doit nous permettre de déterminer :
1.
Le caractère cumulatif de ces contaminations dans les différents compartiments des écosystèmes
karstiques notamment en suivant l'évolution des concentrations en contaminants piégés dans les spéléothèmes lors des
phases historiques de diminution de ce flux (Gabrieli et al., 2010). Cet aspect est essentiel pour évaluer le risque lié à
l'accroissement observé des concentrations de polluants dans les sols de montagne (Belis et al., 2009).
2.
Les modalités de transfert des HAP au sein des milieux karstiques : Le croisement entre les flux de
micropolluants, d'eau, de matières minérales et organiques au sein des spéléothèmes permettra de mieux comprendre la
part du flux atmosphérique direct ou associé au relargage du stock pédologique.
3.
L'impact des modifications d'usage des sols sur le flux de HAP. En couplant les différents indicateurs
disponibles au sein des spéléothèmes avec des connaissances géohistoriques, nous pourrons croiser les grandes phases
d'utilisation du sol connues en montagne (évolution du couvert forestier, pratiques agricoles) avec l'évolution du flux de
HAP. Notamment, la question de l'impact potentiel des phases d'érosion des sols sur la mobilisation du stock de HAP
hydrophobes (plus mutagènes et cancérigènes) piégés dans ce compartiment de l'écosystème en relation avec le flux de
matières organiques sera à discuter.
Enfin, cette approche sera couplée à l'évaluation des stocks actuels de HAP et de leur mobilité afin de déterminer le rôle des
différents compartiments de ces écosystèmes dans la contamination actuelle du milieu. Ce volet permettra de déterminer :
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4.
Les stocks actuels de micropolluants en relation avec les différents sols. Les sols constituent des puits pour
les HAP atmosphériques. La diversité des sols et notamment leur fraction de carbone organique et le type de couverture
associée (prairial, caducifolié ou résineux) permettra de discuter les modalités du piégeage /relargage de ces polluants
(en relation avec la question 2).
Les réponses apportées à ces différents points seront essentielles pour l'évaluation du risque potentiel associé à la
contamination en polluants organiques des sols dans les milieux karstiques
4. État de l'art succinct :
Les spéléothèmes, archives naturelles du climat et de l'environnement :
Les spéléothèmes sont des archives performantes pour l'étude des paléoenvironnements continentaux (Couchoud, 2008 ).
Quoique complexe à décrypter (Fairchild et al., 2006), ces archives renferment des indicateurs isotopiques performants
(McDermott, 2004) qui permettent d'étudier la variabilité climatique et de la mettre en relation avec les principaux
mécanismes de forçage du climat (Genty et al., 2010; Drysdale et al., 2009). De même, ces indicateurs isotopiques peuvent
être couplés à des marqueurs plus spécifiques liées directement aux environnements à partir des matières organiques piégées
dans ces dépôts (Blyth et al., 2008) . De nombreux auteurs montrent en effet que la croissance de ces dépôts est en relation
étroite avec les sols, sources des matières organiques et fournisseurs majoritaires des carbonates (Genty et Massault, 1997;
Baker et al., 1998; Perrette et al., 2005)
Les HAP dans les archives naturelles :
Les HAP ont été étudiés dans différentes roches et sédiments. Parmi les grandes familles de HAP établies selon leur origines,
dans les archives naturelles (roches, sédiments) on distingue généralement les HAP diagénétiques issus de l'aromatisation de
précurseurs naturels, des HAP pyrolitiques, supérieurs à 4 noyaux aromatiques qui sont liés à la combustion de biomasse
(Krauss et al., 2000; Peters et al., 2005; Simoneit, 2002). L'utilisation de ces marqueurs moléculaires a été appliquée pour
décrire l'occurrence d'incendies lors de grandes crises géologiques (van de Schootbrugge et al., 2009; Venkatesan et Dahl,
1989). Ils ont également été largement utilisés pour suivre l'évolution de la contamination des sédiments par ces
micropolluants dont le caractère toxique est reconnu par de nombreuses institutions gouvernementales (US EPA, Canadian
Council of Ministers of the Environment, 2008). Leur suivi dans les sédiments marins (Boonyatumanond et al., 2006), les
sédiments d'estuaires (Valette-Silver, 1993), les sédiments lacustres (Wakeham et al., 1980b; Wakeham et al., 1980a)
montrent des évolutions très nettes en qualité et en quantité durant le dernier siècle. En raison de l'impact de ces
contaminations sur la faune, une littérature abondante décrit le devenir (dégradation, bio-disponibilité) de ces composés dans
les milieux aquatiques. Enfin, quelques travaux montrent l'intérêt de ces composés pour décrire des paléo-feux
potentiellement liés à des causes humaines ou climatiques (Perrette et al. 2008 ; Zou et al., 2010).
Contamination des sols de montagne par les HAP
Des sols alpins de Suisse et d’Italie présentent des teneurs moyennes en HAP respectivement de 50 et 80 ng/g (Bucheli et al.,
2004; Tremolada et al., 2009). Dans les Alpes, aux sources éloignées (Masclet et al., 2000) s’ajoutent des HAP liés aux
émissions dues au transport routier et aux dispositifs de chauffage dans les vallées de montagne (Choi et al., 2009). En hiver,
lorsque les conditions météorologiques limitent la dispersion, les concentrations en HAP en fond de vallée sont semblables à
celles relevées dans les grandes métropoles françaises (Marchand et al., 2004). Ces HAP peuvent ensuite être transportés en
altitude à l’échelle locale (Kaiser, 2009; Kalberer et al., 2004).
Toutefois, les teneurs de HAP dans les sols sont soumises à de nombreux paramètres. Plus élevées pour les sols à forte teneur
en carbone organique, riches en humus (de l’ordre de 100 µg/g), l’humidité et le pH élévé du sol limite leur adsorption en
favorisant leur entraînement (Marschner, 1999; Hippelein et McLachlan, 2000). L’exposition, l’altitude du site ou la présence
de végétation arborée, interviennent également dans le stockage et les modes de dépôt des HAP en surface des sols
(Tremolada et al., 2009). Les variations saisonnières dans les sols sont également fonctions de la température (condensation
atmosphérique en hiver et volatilisation en été). Le gradient thermique altitudinal explique également les fortes teneurs en
HAP enregistrées en haute altitude (Wania et Westgate, 2008; Macdonald et al., 2002). La canopée résineuse ou à feuilles
larges contribue au piégeage de la pollution organique atmosphérique et à son transfert aux sols lors de la sénescence
(McLachlan et Horstmann, 1998; Nizzetto et al., 2008; Nizzetto et al., 2006). Enfin, la couverture nivale joue un rôle
important dans le piégeage et le transfert des HAP (Meyer et Wania, 2008).
Impact potentiel des HAP sur les milieux karstiques
Les roches carbonatées karstifiées couvrent de 7 à 12 % de la surface des continents et environ 25 % de la population est
alimentée entièrement ou en partie par les eaux souterraines karstiques (Ford et Williams, 1989; Drew et Hötzl, 1999;
Bakalowicz, 2005; Bakalowicz et al.., 1980). En France, le karst représente 35 % du territoire (soit 180 000 km²) et constitue
parfois le seul aquifère dans les communes de montagnes. Les couvertures pédologique et végétale qui sont généralement peu
développées sur les aquifères karstiques, induisent une auto-épuration ntaurelle peu efficace. Ce type d’aquifères est donc très
sensible aux pollutions de surface, qu’elles soient diffuses, liées par exemple à l’épandage de nutriments et de produits
phytosanitaires (Plagnes et Bakalowicz, 2002; Mahler et Massei, 2007) ou localisées (Personné et al., 1998).
Bien que les contaminations qui affectent généralement les ressources soient liées aux germes pathogènes et à l’infiltration
d’eaux usées sur le bassin versant, des travaux ont également démontré la vulnérabilité de ces aquifères aux polluants
organiques de source diffuse (Simmleit et Herrmann, 1987; Murray et al., 1981).
5. Actions proposées, méthodologies et calendrier :
5.1 – Action 1 : Approche rétrospective du flux de HAP
Une stalagmite active alimentée par des eaux fortement minéralisées (vitesse de croissance supposée supérieure à 100µm.a -1)
a été prélevée fin 2009 dans le gouffre du Garde (La Féclaz) dans le massif des Bauges. Des prélèvements pour obtenir des
dates exploratoires ainsi que les concentrations en uranium de cette stalagmite ont été réalisés (résultat dans le courant de
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l'automne 2010). Ces premiers âges permettront d'adapter les échantillonnages pour toutes les sous actions de cette étude du
flux de HAP.
Action 1.1 : Établissement du modèle d'âge (resp – I Couchoud)
Objectif : Chronologie précise de l'échantillon :
15 datations U/Th seront réalisées à l’Université de Burgos, en collaboration avec D. Hoffmann, sur MC-ICPMS. La
préparation chimique des échantillons devra être pratiquée par l’un d’entre nous (I. Couchoud).
Action 1.2 : Géochimie minérale et isotopique de la stalagmite (resp – I Couchoud)
Objectif : évolution des paramètres physiques du milieu (température, excédent hydrique)
Géochimie isotopique : Les isotopes stables du carbone et de l'oxygène seront analysés. Le pas d'échantillonnage visé est de
10 à 20 ans sur les deux derniers millénaires. L'échantillonnage sera réalisé au laboratoire EDYTEM (micromill) et analysé à
l’Université de Newcastle (Australie), en collaboration avec R. Drysdale.
Éléments traces et mineurs (Mg, Sr, Ba) : L'analyse sera effectuée en collaboration avec R. Drysdale, par LA-ICPMS (un
jour d'analyse pour 20cm). Les échantillons non utilisés pour les analyses isotopiques seront conservés pour des analyses en
ICPMS si les résultats obtenus par ablation laser ne sont pas satisfaisants.
Action 1.3 : Géochimie organique (resp Y Perrette)
Objectif : évolution qualitative et quantitative du flux de matières organiques et histoire des contaminations
Flux global de carbone organique : Au plus proche des prélèvements réalisés pour l'action 1.2, la section verticale polie des
stalagmites sera scannée (imagerie en spectrophotométrie UV-vis et en spectrofluorescence). Ces techniques qui permettent
une approche semiquantitative et qualitative du contenu organique de la calcite seront couplées à une quantification
ponctuelle du carbone organique total piégé dans la calcite. Cette dernière partie est exploratoire. La méthode envisagée est
de coupler les techniques d'imagerie en spectrofluorescence et spectrophotométrie pour obtenir une fluorescence corrigée des
effets de matrice et de coupler cette mesure à des quantifications ponctuelles par digestion acide et chromatographie
séparative.
Analyse des HAP et marqueurs moléculaires complémentaires par HPLC-fluo et GC-MS : Le pas d'échantillonnage visé est
d'environ 20 ans. L'optimisation des méthodes d'analyses développées depuis nos premiers travaux permettront de réduire la
quantité de calcite à 1 gr. La partie centrale d'un demi échantillon sera prélevé par micromill (2mm d'épaisseur pour un demi
disque de 15mm de rayon). Les protocoles d'extraction (ultrasons) et d'analyse par HPLC-fluo publiés (Y. Perrette et al.,
2008)seront couplés à une analyse GC-MS dans le but de caractériser des marqueurs moléculaires globaux complémentaires
(alcanes et acides gras)
Hormis les 16 HAP classiquement suivis pour les normes environnementales, quelques HAP diaénetiques (rétènes,
cadalènes, pérylène, coronène) seront analysés. Dans la famille des alcanes et des acides gras, nous suivrons principalement
les marqueurs liés à la présence de couverture forestière et à l'activité des sols (Peters et al., 2005) . Ces analyses seront
réalisées au Laboratoire de Chimie Moléculaire et Environnement en collaboration avec le laboratoire EDYTEM.
5.2 – Action 2 : Évaluation des stocks et du transfert de HAP dans le système
Action 2.1 : Évaluation des stocks (resp J Poulenard)
Objectif : évaluation du stock de HAP dans les principaux compartiments de l'écosystème
Des analyses seront menées sur les différentes couvertures végétales (prairiale, caducifoliée, et résineux – 6 échantillons), les
différents sols présents (20 échantillons) ainsi que les grands types de sédiments endokarstiques présents dans l'épikarst et
dans la zone profonde de l'aquifère (4 échantillons). Pour les sols et sédiments, des analyses complémentaires seront réalisées
pour caractériser les phases minérales et organiques.
Les analyses de HAP et marqueurs moléculaires seront également réalisées par le LCME, les autres analyses seront réalisées
au laboratoire EDYTEM ou à l'extérieur. En tout, 30 échantillons sont prévus.
Action 2.2 : Potentiel de transfert des HAP (resp E Naffrechoux)
Objectif : évaluation de la remobilisation des HAP dans différentes matrices naturelles
L'objectif de cette action est d'évaluer pour les échantillons prélevés dans le cadre de l'action 2.1 la mobilité des HAP piégés
dans ces matrices naturelles étudiées dans le cadre de l'action 2.1 par une simple méthode d'extraction à l'eau sur colonne
simulant les conditions d'écoulement.
5.3 – Action 3 : Synthèse des résultats
Action 3.1 : Synthèse de l'enregistrement du flux de HAP dans la stalgmite (resp Y Perrette)
Après avoir transformé les concentrations de HAP en flux, ces données seront croisées avec les résultats liés aux sources
potentielles et à leur mobilité afin d'évaluer l'impact de l'augmentation de ces micropolluants dans les milieux karstiques sur
la qualité des eaux souterraines.
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1er semestre
1.1 prélèvement
1.2
prélèvement
1.3
2.1
2nd semestre
analyse
imagerie
prélèvement
3ème semestre
prélèvement
analyse
analyse
2.2
experimentation
3
4ème semestre
Croisement,
synthèse des résultats
Action
6. Résultats attendus :
Les principaux résultats de ce projet seront d'ordre:
1. Paléoenvironnemental : établissement d'une série climatique et environnementale bien datée et à haute résolution à
partir d'un spéléothème dans les Bauges pour les derniers millénaires. À ce jour, ce type de série n'existe pas dans
les Alpes françaises. Cela complèterait les travaux réalisés d'une part dans le sud et l'ouest de la France à partir des
stalagmites et d'autre part les recherches menées sur l'étage subalpin particulièrement sensibles aux activités
humaines passées à partir de sédiments lacustres notamment (prog ANR Pygmalion notamment)
2. Environnemental : évaluation de l'impact des contaminations organiques diffuses actuelles croissantes sur les
aquifères de montagne par l'étude des flux de HAP durant et après les contaminations anciennes (romaines,
médiévales …)
De plus, ce projet permettra de valider une méthode pour mesurer à haute résolution le carbone organique dans les
spéléothèmes à partir du couplage de méthode analytiques et d'imagerie spectrométrique. Ce point annexe est lié au
développements méthodologiques réalisés au laboratoire Edytem.
Enfin, ce projet permettra de faire émerger le groupe de chercheurs chambériens travaillant sur les spéléothèmes et de
renforcer ses relations avec les chercheurs Australiens de Melbourne et Newcastle travaillant sur ces archives naturelles
7. Caractère innovant :
Le caractère innovant de ce projet repose sur deux aspects. Le premier, exploratoire, vise à quantifier le carbone organique
total au sein des spéléothèmes par le couplage d'approches analytiques (extraction et quantification) et d'imagerie
spectrométrique. Le second caractère innovant de ce projet est l'utilisation des spéléohèmes pour étudier l'histoire des
pollutions environnementales. Cette innovation est aujourd'hui possible grâce aux travaux interdisciplinaires entrepris ces
dernières années au sein de la fédération Flame (Edytem – LCME – Carrtel) sur les archives naturelles mais également sur le
suivi actuel des micropolluants dans les milieux karstiques.
8. Participation effective, prévue ou envisageable à d'autres programmes de recherche
régionaux, nationaux et européens sur les mêmes problématiques :
Ce programme est intégré à une recherche plus globale conduite sur le flux actuel de HAP dans les écosystèmes karstiques
soutenus notamment par des financements (BQR+PPF) de l'Université de Savoie ainsi que ceux du projet 5 « indicateurs
environnementaux » du Cluster Environnement de la région Rhône Alpes. Ces programmes seront poursuivis par une
demande réalisée dans le cadre de l'appel d'offre CES de l'ANR et dans GESSOL associant les volets biologiques et
hydrogéologique ( Hydroscience Montpellier)
Ce projet prolonge une collaboration engagée avec R Drysdale de l'université de Melbourne. Une demande spécifique a été
soumise dans le cadre des appels d'offre du CNRS visant le soutien aux échanges internationaux de chercheurs. Un soutien à
la mobilité sera également demandé dans le cadre des appels d'offres de l'Université de Savoie pour le soutien aux actions
internationales.
Enfin, de part la proximité des laboratoires porteurs du projet et du terrain d'étude, peu de frais de missions sont demandés,
les frais principaux relèveront du déplacement pour réaliser les analyses en Australie et seront soutenues par ailleurs (cf ci
dessus).
9. Références bibliographiques des proposants :
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INSU / EC2CO/AP – AO 2011
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INSU / EC2CO/AP – AO 2011
6
van de Schootbrugge, B., Quan, T.M., Lindstrom, S., Puttmann, W., Heunisch, C., Pross, J., Fiebig, J., Petschick, R., Rohling, H., Richoz, S.,
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RESSOURCES DONT DISPOSENT LES DEMANDEURS ET QUI SERONT AFFECTÉES
À LA RÉALISATION DU PROJET
1. Liste des personnels par organisme : cf formulaire en ligne
*
LCME
EDYTEM
Nom
Rôle et responsabilité
Resp. action 1.3 et 3.1, coordination
du projet
Expertise
Spéléothèmes, Karstologie,
spectrofluorescence
Perrette yves
CR-CNRS
Couchoud
Isabelle
MdC-Université de
resp action 1.1 et 1.2
Savoie
Spéléothèmes, Pétrographie,
géochimie isotopique
Poulenard
Jerome
MdC-Université de
resp. action 2.1, analyse des sols
Savoie
Pédologie, pédosignatures, approche
source/puit
Fanget
Bernard
IE-Université de
Savoie
actions 1.3,2.1 et 2.3, analyses et
préparations
Chromatographie et spectroscopie des
matières organiques naturelles
Malet
Emmanuel
AI-CNRS
action 2.1 et 2.2, prélèvements, terrain
Instrumentation de terrain et
prélèvements
Naffrechoux
Emmanuel
Pr-Université de
Savoie
resp. action 2.2, analyse HAP et
marqueurs moléculaires
Chimie environnementale, HAP,
Cottin
nathalie
IE-Université de
Savoie
analyse HAP et marqueurs
moléculaires
Analyses chromatographiques
Durand
Alexandra
ATER-Université
de Savoie
actions 1.3, 2.1 et 2.3, analyses et
préparations
Marqueurs moléculaires,
speleothèmes, HAP
David
Bernard
MdC-Université de
Analyse HAP-sols
Savoie
Méthodes d'extractions HAP
Drysdale
Russel
Pr – University of
Melbourne
Spéléothèmes, géochimie isotopique
spectrofluorescence
action 1.1, 1.2 et 1.3
* Department of ressource management & geography – University of Melbourne
2.
Savoir faire des équipes (½ page par équipe, incluant deux références bibliographiques
relatives au projet par équipe) :
Edytem : Matières organiques et stalagmites :
Edytem rassemble un groupe de chercheurs travaillant sur les spéléothèmes qui s'est spécialisé dans l'étude du contenu
organique piégé dans ces archives naturelles. Cette recherche a conduit l'équipe Chambérienne à associer son travail sur les
spéléothèmes à un travail sur les sources potentielles de matières organiques (sols notamment). Ce groupe interdisciplinaire
rassemble un pédologue, un chimiste environnemental (substances humiques) et trois spécialistes des stalagmites
(géochimie,minérale et isotopique, spectrofluorescence et substances humiques, pétrographie et cristallographie). Le
laboratoire dispose d'outils spécifiques pour le prélèvement de la calcite des stalagmites. Un plateforme est dédiée à l'analyse
du contenu organique de ces dépôts par imagerie (spectrophotométrie UV-vis et spectrofluorescence) et par des protocoles
d'analyses dédiés à la qualification des matières organiques (Steric Exclusion Chromatography, GC-MS et HPLC-fluo). Ce
INSU / EC2CO/AP – AO 2011
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couplage original de techniques doit permet de quantifier et qualifier le carbone organique contenu dans les stalagmites à très
haute résolution.
Perrette, Y., Poulenard, J., Saber, A., Fanget, B., Guittonneau, S., Ghaleb, B., et Garaudee, S., 2008, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in
stalagmites: Occurrence and use for analyzing past environments: Chemical Geology, v. 251, no. 1-4, p. 67-76.
Couchoud, I., 2008,. Les isotopes stables de l'oxygène et du carbone dans les spéléothèmes : des archives paléoenvironnementales.
Quaternaire, 19(4), p. 293−309.
LCME : Contaminations diffuses en moyenne montagne
Les chimistes du LCME apportent une compétence dans la caractérisation des dépôts atmosphériques (secs et humides) et
notamment dans la quantification des HAP. De même, ils apportent une expertise dans la quantification des traces de HAP
dans les différentes matrices de l'hydro-géosystème (sols, eaux, sédiments,etc...) et dans la réactivité de ces molécules
organiques (spéciation en phase dissoute, adsorption sur les phases solides). La quantification de faibles niveaux de HAP
dans les matrices environnementales est en effet une spécialité reconnue du LCME depuis plus de 25 ans (fluorescence à effet
Shpol'skii, fluorescence synchrone, HPLC fluorimétrie). Les études de dispersion de ces POP dans l'environnement
(compartiment atmosphérique, aquatique ou pédologique) sont des sujets régulièrement abordés par les chercheurs du
laboratoire. Les travaux expérimentaux de terrain, nécessitant une méthodologie et du matériel spécifiques, font partie du
quotidien du LCME.
B.David. Sonochemical degradation of PAH in aqueous solution. Part I: Monocomponent PAH solution. Ultrasonics Sonochemistry, 16
(2009) 260–265.
Naffrechoux E, Combet E, Fanget B, Paturel L, Berthier F Occurrence and fate of PAHs from road runoff in the south drainage basin of
Annecy lake, Polycyclic Aromatic Compounds, n°18, vol 2, p 149-159, 2000
Department of ressource management & geography Melbourne : Consortium de laboratoire
australien spécialisé dans l'étude des spéléothèmes (datation, géochimie minérale et
analytique).
Le consortium de laboratoires australiens (accessible par la collaboration avec R Drysdale) est spécialisé dans l'analyse de la
géochimie minérale et isotopique des spéléothèmes. Ces travaux visent l'obtention de séries paléoclimatiques à haute
résolution et bien datées utilisées notamment pour la mise en évidence du rôle des forçages solaires dans les cycles
climatiques et pour le couplage interhémisphérique des évolutions climatiques. Dans le cadre de ce projet, l'intérêt de cette
équipe relève de l'intégration au sein d'un unique groupe des compétences et moyens analytiques pour l'analyse des isotopes
stables, des majeurs et traces ainsi que des datations de spéléothèmes.
Drysdale, R. N., Hellstrom, J., Zanchetta, G., Fallick, A. E., Sánchez Goñi, M. F., Couchoud, I., McDonald, J.,
Maas, R., Lohmann, G. et Isola, I., 2009. Evidence for obliquity forcing of glacial Termination II. Science, 325, p. 1527−1531.
Hellstrom, J., 2006. U-Th dating of speleothems with high initial 230Th using stratigraphical constraint.
Quaternary Geochronology, 1(4), p. 289−295.
3.
4.
Equipements disponibles pour la réalisation du projet (préciser dans quel laboratoire) :
Action
Instrument
Lieu
1.1
MC-ICPMS NU Instruments Plasma
Melbourne I Couchoud, R Drysdale
Utilisateurs
1.2
LA-ICPMS (CP-MS Varian Quadrupole couplé à un système
d’ablation laser Helex excimer).
Melbourne I Couchoud, R Drysdale
1.3
Imagerie spectrofluorescence / spectrophotométrie UV-vis
Edytem
Y Perrette
1.3, 2.1 et 2.2
Chromatographie d'exclusion stérique
Edytem
B Fanget
1.3, 2.1 et 2.2
HPLC-Fluo
LCME
A Durand, N Cottin
1.3, 2.1 et 2.2
GC-MS
LCME
A Durand N Cottin
Autres financements attribués (en cours) ou demandés dans le cadre d’autres programmes
(autre Programme National, Programmes ANR, Programmes Internationaux, CPER, etc…)
Préciser l’origine et le montant (HT) :
Ce programme vient en appui de l'étude des stalagmites prévues dans le cadre du programme ANR Pygmalion (ANR Blanc,
2007-2010 - 20k€ sur un projet total de 580 obtenus).
Un soutien de l'université de Savoie (BQR et PPF 2009-2010 de 30 k€) a permis de réaliser des études préliminaires sur la
contamination actuelle des sols de montagne et des eaux souterraines par les retombées de HAP atmosphériques.
Une demande a été réalisée (09-2010) dans le cadre de l'appel d'offre pour le soutien aux échanges internationaux auprès du
CNRS pour des échanges entre l'équipe Australienne et Chambérienne.
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BUDGET (clairement justifié et explicité)
ATTENTION Les montants détaillés doivent être cohérents avec les tableaux remplis dans le formulaire
informatique
1. Petit Equipement (< 80kEuros HT) :
Les trois équipes porteuses du projet sont équipées en petits matériels de terrain et de laboratoire permettant le prélèvement,
la préparation (incluant les méthodes d'extractions moléculaires) et les analyses projetées dans ce projet.
2. Fonctionnement :
Le fonctionnement est prévu pour traiter les 2000 dernières années d'une stalagmite. Au regard de la minéralisation des eaux
d'alimentation de l'échantillon prévu et des taux de croissance observés pour des spéléothèmes équivalent, nous estimons les
coûts à partir d'un taux de croissance de 100 µm.a-1. Cela implique de traiter un échantillon d'environ 200mm.
En rapport avec les objectifs de ce projet, nous visons une résolution temporelle d'environ 10 à 20 ans ans suffisante pour
explorer cette utilisation des spéléothèmes comme archives des contaminations atmosphériques diffuses. Le tableau cidessous synthétise les coûts à partir de cette base en cours de validation (date exploratoire dont les résultats sont attendus
pour la fin de l'automne.
Nous prévoyons d'analyser environ 20 cm de spéléothème soit deux jours d'analyses (à 500 €/j) et de réaliser la quantification
ponctuelle sur une vingtaine d'échantillons (unité à 10 €)
Au total, nous prévoyons 200 points + 100 points complémentaires (test de Hendy et replications)
Action Analyse
Lieu
Coût u.
n°
total
300
15
4500
300
7
2100
1000
1
1000
500
2
1000
20
10
200
100
100
10000
50
30
1500
HAP et marqueurs moléculaires (extraction, Université de Savoie-LCME
purification et analyse)
100
30
3000
HAP et marqueurs moléculaires (extraction, Université de Savoie-LCME
purification et analyse)
100
26
2600
1.1
U/Th - MC-ICPMS
1.2
Géochimie isotopique (13C et 18O)Université Université de Newcastle (Australie)
de Newcastle
1.2
Éléments traces et mineurs
1.3
Imagerie spectrophotométrique UV-vis et Université de Savoie-Edytem
de spectrofluorescence
1.3
Extraction et analyse du carbone organique
1.3
HAP et marqueurs moléculaires (extraction, Université de Savoie-LCME
purification et analyse)
2.1
Caractérisation des sols
2.1
2.2
TOTAL
Université de Burgos (Espagne)
Université de Newcastle (Australie)
Université de Savoie-Edytem
LAS-INRA (Arras)
25900
3. Missions :
Les missions nécessaires pour les déplacements vers l'Australie et l'Espagne de l'action 1.1 et 1.2 font l'objet d'une demande
spécifique auprès du CNRS et de l'Université de Savoie dans le cadre du soutien aux échanges internationaux.
Comme les deux équipes françaises sont à l'université de Savoie, le management du projet n'engagera aucun frais hormis les
missions démandées R Drysdale dans le cadre des demandes de soutien présentées ci dessus.
Seules 4 missions pour deux personnes sont prévues dans le cadre de l'action 2.1. La proximité du terrain (20km de
Chambéry) limite ces frais.
Missions (déplacement + forfait repas sur le terrain)
4 x 50 = 200 €
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