Les terres rares et le zinc comme traceurs des processus pédogénétiques : application à une séquence de sols issue de calcaires minéralisés, Rare earth elements and zinc as tracers of pedogenetic processes : the case of soils developed from mineralized limestones

Cédric Laveuf

Description

Sous la direction de Sophie Cornu
Thèse soutenue le 07 avril 2009: Orléans
Ce travail évalue le potentiel du zinc et plus particulièrement des terres rares à tracer les différents processus le long d’une catena issue d’une formation carbonatée constituée d’une succession de bancs marneux et calcaires, et ayant subi des processus de décarbonatation, des conditions redox en lien avec l’hydromorphie et de l’éluviation. L’approche choisie repose (i) sur la spéciation des terres rares, à l’aide de méthodes physiques et chimiques, dans les traits pédologiques formés par les différents processus et des matériaux aux dépens desquels ils se sont développés, (ii) sur la quantification par bilan de masse des flux de terres rares et éléments majeurs associés. Ce travail a nécessité deux mises aux points méthodologiques : une méthode de normalisation des terres rares, basée sur l’enfoncement des fronts de transformation afin de quantifier l’impact des processus successifs sur le fractionnement des terres rares ; une méthodologie de reconstruction des matériaux parentaux pour chacun des horizons, l’approche par bilan de masse nécessitant une connaissance des stocks initiaux. L’impact de deux processus sur les fractionnements de terres rares est ensuite plus particulièrement abordé : la décarbonatation des matériaux parentaux et les processus d’oxydo-réduction. On montre ainsi l’importance de comparer les quantités mises en solution aux flux calculés par les bilans de masse pour prédire le devenir des éléments libérés et l’intérêt des terres rares pour quantifier les cycles de dissolution/précipitation des oxydes de fer et de manganèse.
-Oxydo-réduction
-Eluviation
-Décarbonatation
This project aims at considering the potential of zinc and rare earth element (REEs) at quantifying pedogenetic processes along a soil sequence developed from a limestone formation consisting in a succession of marl and limestone strata which underwent carbonate dissolution, redox cycles related to soil hydromorphy and eluviation. The chosen approach relies on (i) the speciation of rare earth elements - by a method combining sequential extractions and physical separations - in the pedological features resulting from the different processes and in the materials from which they developed; (ii) the quantification of the REE and major element fluxes by mass balance calculation. To do so, two methodologies were developed: a methodology of normalization of REEs based on the theory of transformation fronts to quantify the impact of the processes on REE fractionations; an innovative approach of the reconstruction of the former parent material for each soil horizon as mass balance calculation requires the quantification of initial stocks in elements. Two processes were then further studied: carbonate dissolution and redox processes. We thus point out the necessity to compare max fluxes as computed by mass balance to quantities released by carbonate dissolution in order to forecast the fate of elements released into the soil solution. We also evidenced the potential of REEs to quantify the dissolution/precipitation cycles of iron and manganese oxides.
-Oxidation-reduction
-Eluviation
-Carbonate dissolution
Source: http://www.theses.fr/2009ORLE2015/document

Sujets

• Réaction d'oxydo-réduction
• Illuviation

Informations

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• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 19 Mo

Extrait

UNIVERSITÉ D’ORLÉANS



ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET TECHNOLOGIES
Unité de Recherche de Science du Sol (INRA)

THÈSE présentée par :
Cédric LAVEUF

Soutenance publique le : 7 avril 2009


pour obtenir le grade de : Docteur de l’université d’Orléans
Discipline/ Spécialité : Science du Sol


Les terres rares et le zinc comme
traceurs des processus pédogénétiques :
application à une séquence de sols issue
de calcaires minéralisés


THÈSE dirigée par :
Mme Sophie CORNU Chargée de Recherche, INRA Science du Sol, Orléans

RAPPORTEURS :
Mme Aline DIA Directrice de Recherche, Géosciences, CNRS, Rennes
M. Guilhem BOURRIE Directeur de Recherche, INRA Géochimie des Eaux et des Sols,
Aix-en-Provence
_____________________________________________________________________________________
JURY :
M. Ary BRUAND Professeur, ISTO, Université d’Orléans
Président du jury
Mme Aline DIA Directrice de Recherche, Géosciences, CNRS, Rennes
M. Guilhem BOURRIE Directeur de Recherche, INRA Géochimie des Eaux et des Sols,
Aix-en-Provence
Mme Anne-Véronique
WALTER-SIMMONNET Maître de Conférences, Université de Franche-Comté, Besançon
Mme Sophie CORNU Chargée de Recherche, INRA Science du Sol, Orléans
M. Farid JUILLOT Maître de Conférences, Université Paris 7

tel-00452682, version 1 - 2 Feb 2010













La phrase la plus excitante en science, 
celle annonciatrice de nouvelles découvertes, 
n’est pas ʺ Eureka ! ʺ mais ʺ Tiens, c’est drôle ʺ. 
 
Isaac Asimov 
1
tel-00452682, version 1 - 2 Feb 2010Remerciements
Voilà sans doute les lignes qui, bien que les plus plaisantes, me sont aussi
les plus difficiles à formuler. J’espère qu’elles exprimeront convenablement ma
gratitude à toutes les personnes qui ont contribué, à quelque niveau que ce soit, à
l’achèvement de ce travail collectif signé en mon nom. J’espère surtout n’oublier
aucun de vous… Au cas où, merci à toutes et tous de m’avoir agréablement
accompagné et grandement aidé au cours de ces quelques années inoubliables.
En premier lieu, je tiens à remercier la Région Centre et l’INRA pour leur
soutien financier sans lequel rien n’aurait été possible, de même que Guy Richard
et Paolo Vasconcelos pour leur accueil au sein de l’unité de Science du Sol de
l’INRA d’Orléans et du Department of Earth Sciences of the University of
Queensland.
Aux deux rapporteurs, Aline Dia et Guilhem Bourrié, qui ont accepté
d’évaluer cette thèse au côté d’Anne-Véronique Walter et d’Ary Bruand :
recevez toute ma reconnaissance pour votre compétence et nos échanges
constructifs.
Je sais infiniment gré avant tout à Sophie Cornu et Farid Juillot : plus
qu’un encadrement, et je reprendrai tes mots, Sophie, car je les estime tout-à-fait
adéquats, ce fut un compagnonnage scientifique au cours duquel vous avez su
former l’apprenti-chercheur que j’étais en chercheur à part entière. Merci à vous
deux pour… tellement de choses… votre implication avant tout, votre
disponibilité sans faille, vos conseils toujours judicieux, votre confiance envers
mes capacités, votre soutien quand j’en doutais, votre recul et votre expérience
quand j’en étais trop sûr… bref, pas loin de mille mercis ! Et tant que j’y suis,
merci d’avance pour ce qui suivra, je n’en doute pas.
Merci également aux membres du comité de pilotage pour leurs conseils
avisés lors de nos discussions annuelles, j’ai nommé Anne Probst, Philippe
Négrel, Jean-Luc Potdevin, Alain Meunier et Guy Richard. Je remercie aussi
tout particulièrement Denis Baize qui a su partager avec enthousiasme ses
connaissances pédologiques (notamment des sols des plateformes sinémuriennes,
mais pas seulement), que cela soit lors de sorties sur le terrain, lors des réunions
qui ont ponctué ce travail ou encore lors de mes nombreuses visites dans son
bureau…
2
tel-00452682, version 1 - 2 Feb 2010 Avant de passer au gros des troupes ayant pris part à la bataille et ayant
contribué à cette victoire, je remercie tous les propriétaires et exploitants de
m’avoir laissé faire des petits trous un peu partout, et particulièrement Jean-
Pierre Diot pour l’accès à la parcelle de Savigny-en-Terre-Plaine.
Comment oublier cette première journée de terrain sous la neige à sonder
des sols gelés en compagnie de Jean Chrétien et Dominique Meunier ? Merci à
tous deux de m’avoir accompagné dans la découverte des sols de Côte d’Or, en
plus des nombreuses données qu’ils ont eu l’amabilité de fournir, tout comme
Alain de Cuyper et Bertrand Laroche.
Mes connaissances géologiques limitées m’ont permis de bénéficier des
recommandations de Jean-Pierre Garcia et Christophe Petit, ainsi que de
l’expérience d’identification des roches de Jean-Louis Dommergues et René
Mouterde. Merci pour votre aide précieuse. Je remercie ici également Mathieu
Rué de m’avoir initié à l’archéologie et invité à observer de magnifiques coupes et
profils (promis, j’essaierai de tirer quelque chose des données !).
Un immense obrigado à "Bebeto" Luiz Roberto Guimaraes Guilherme pour
son aide, ses conseils, et la bonne humeur brésilienne insufflée dans notre bureau.
Le mystère des mesures de potentiel redox sur le terrain reste à élucider…
Toute ma reconnaissance à Bernard Renaux qui a toujours répondu
présent pour m’accompagner sur le terrain (et au gîte…), porter mes quintaux
d’échantillons jusqu’à la voiture et sonder, même si tu n’en avais pas le droit !
Merci encore pour les analyses granulométriques et pour ta mémorable
démonstration d’effraction de pick-up de service par la lunette arrière (les portes
qui se verrouillent toutes seules à 19 heures, c’est pas drôle…).
Merci à Philippe Berché, alias "Mouloud", maître ès pelleteuse qui a lui
aussi activement participé aux sorties terrain, notamment à la principale, lors de
l’été 2006 qui fut si chaud. Et non, les trous pour le densimètre ne sont pas des
latrines…
Je remercie aussi Catherine Pasquier pour les relevés topographiques qu’elle
a réalisés, aidée de Pierre Courtemanche, et pour toutes les cartes que je lui ai
demandées par la suite, parfois à la dernière minute.
Question GPS, outre Catherine, j’ai aussi régulièrement mais
alternativement dérangé Sébastien Lehmann (l’empailleur de maison), Matthieu
Mouclier (qu’est même pas venu à ma soutenance !) et Céline Ratier (je suis sûr
que ma voix de crooner à travers le mur te manque…).
3
tel-00452682, version 1 - 2 Feb 2010Je remercie les acupuncteurs du sol, Guillaume Giot et Pierre
Courtemanche (le bricoleur qui a toujours une bonne idée pour résoudre les
problèmes techniques) pour les mesures de résistivité électrique.
Pour toutes les sections polies, les lames minces, pour toutes ses
explications en microscopie et pour sa participation aux sorties de terrain, un
grand merci à Christian Le Lay. PS : pense juste à vérifier qui est dans les
toilettes avant de crier « Sortez, haut les mains, police ! »…
Des centaines de kilos de terre… Quartages, broyages, tamisages,
sédimentations, analyses DRX et ATP-ADT… sans Olivier Josière, je n’aurais
pas tous ces résultats disponibles…
Et sans Michel Hardy pour m’aider à les interpréter, je ne les aurais pas
exploités pleinement…
J’ai aussi ramené plein de morceaux de calcaire de Bourgogne dont Hervé
Gaillard et Joëlle Davy ont eu la gentillesse de mesurer les densités après les
découpes de Christian (c’est dur, hein, le sinémurien !).
3Environ 1 m d’échantillons liquides ! Heureusement qu’Adeline Besnault
et Emmanuelle Raimbault m’ont aidé à analyser ces milliers de solutions…
Mille mercis à Joël Daroussin, le maestro minutieux et consciencieux
d’ArcInfo, pour tout ce travail sur la représentation 3D sous ArcGis, et surtout
pour le fichier de suivi sans lequel je ne pourrais pas en faire grand-chose !
Mes remerciements aussi à Sacha Desbourdes, l’infographiste qu’on prend
plaisir à déranger pour tout… ou rien… juste pour l’entendre râler, puis
discuter… PS : quand on parle d’un tie