No description available.

Erosion et transferts de matières (i.e. matières en suspension-MES, associées avec le carbone et les éléments traces métalliques - ETM) par les fleuves et rivières sont contrôlés par des facteurs naturels (ex. géologie, climat) et peuvent être significativement modifiés par les pressions anthropiques et/ou, le changement climatique. En se basant sur une banque de données de concentrations en MES et de débits, à hautes résolutions temporelles (journalières) sur le long terme (1960-2008) à l’exutoire du bassin versant du Fleuve Rouge (Chine/Vietnam), les taux d’érosion ont été estimés en moyenne à 600 t/km²/an avec des valeurs variant de 160 à 1330 t/km²/an selon les années. Cette large gamme de taux d’érosion est liée fortement aux conditions hydrologiques interannualles, mais aussi à la présence de réservoir de HoaBinh en 1989. En effet, à partir 1989, chaque année, 50% de matières transportées par le Fleuve Rouge sont piégées dans ce réservoir, correspondant à un taux de sédimentation dans le réservoir de 52 à 200 cm/an. La variabilité spatiale des flux de MES du bassin versant du Fleuve Rouge au Vietnam suggère que les MES du Fleuve Rouge viennent principalement de l’érosion en amont du bassin versant (~80%), contrairement à ce que l’on observe pour le flux liquide (~21%). De plus, l’échange des processus érosion-transport-sédimentation dans la partie médiane du bassin versant dépend fortement des conditions hydrologiques ; à l’inverse, une forte sédimentation a été observée à l’entrée du Fleuve Rouge dans le delta, quelle que soit la condition hydrologique. De même, dans la partie vietnamienne du Fleuve Rouge, les facteurs majeurs influant sur le taux d’érosion seraient les maximas d’élévation et la pente moyenne du bassin. Un suivi hebdomadaire à bimestriel en 2008-2009 des paramètres biogéochimiques (carbone et ETM) ont permis de caractériser la qualité des eaux et des particules sur l’ensemble du bassin versant du Fleuve Rouge. Les concentrations en carbone organique (particulaire et dissous) dans les eaux du Fleuve Rouge sont relativement faibles et majoritairement d’origine allochtone. Les concentrations en carbone inorganique dissous (CID) sont très importantes, en faisant le composé majoritaire (60-90%) des eaux du Fleuve Rouge, en relation avec la présence de roches carbonatées dans le bassin versant. En terme de concentrations en ETM, la qualité des eaux et des particules transportées dans le bassin versant du Fleuve Rouge au Vietnam peut être qualifiée de mauvaise dans la partie amont et de médiocre en aval. L’étude de la répartition entre phase dissoute et phase particulaire a montré que l’essentiel des transferts se fait sous forme particulaire pour plupart des ETM (excepté Mo), dû aux forts taux d’érosion mécanique. De plus, l’étude à haute résolution spatiale (40 points) réalisée sur l’ensemble bassin versant du Fleuve Rouge au Vietnam des concentrations en ETM et de leur spéciation (dissous et particulaire) a mis en évidence de fortes anomalies géochimiques dans la partie amont. Enfin, l’identification des signatures géochimiques des particules érodées a révélé des signatures similaires entre les particules de l’amont et de l’aval du Fleuve Rouge, démontrant une contribution quasi-exclusive de la partie chinoise aux flux de matière (80-95% au flux total). / Erosion and transfer of suspended particulate matter (SPM), and associated elements (e.g. carbon, trace metal elements-ETM) by river are attributed to a combination of natural parameters related to geology and climatic influences and affected by human disturbance. Based on an extensive dataset of daily water discharge and SPM concentrations between 1960 and 2008 at the outlet of the Red River system, the annual SPM yield of the Red River is estimated at 600 t/km²/yr (ranged between 160 and 1330 t/km²/yr). This large range of sediment yield is strongly related to the inter-annual hydrological conditions and the operation of the HoaBinh Reservoir in 1989. In fact, the HoaBinh Reservoir reduces annual SPM delivery to the delta by half after 1989, i.e. the mean sedimentation rate of 52-200 cm/yr. The spatial variability of SPM fluxes in the Red River watershed suggests that most SPM were eroded from the upstream catchment located in China (80%), contrasting the water discharge with only 21%. In addition, the complex processes of erosion/sedimentation occurring in the middle Red River basin strongly depend on hydrological conditions; in contrast, an important sedimentation was observed at the entry point to the Red River Delta whatever the hydrological conditions. The major factors controlling the spatial variation of the sediment yields of the Vietnamese Red River watershed are maximum elevation and mean surface.During 2008-2009, high resolution sampling (weekly to bimestrial) of biogeochemical parameters (carbon and ETM) were performed at five key sites along the Red River system. The organic carbon (particulate and dissolved) concentrations in the Red River are relatively low and mainly allochtonous; in contrast, the dissolved inorganic carbon are very important and is the major carbon form (60 -90%) in relation to the abundance of carbonate rocks in the Red River watershed. In terms of ETM concentrations, the quality of water and SPM transported in the Vietnamese Red River watershed can be classified as poor upstream and as mediocre downstream. The study of the partition between the dissolved and particulate phases showed that most ETM transported in the Red River are in particulate phase (except Mo), due to the high mechanical erosion rate. In addition, high spatial resolution study (40 sites) performed in the Vietnamese Red River watershed of ETM concentrations and their speciation (dissolved and particulate) has highlighted strong geochemical anomalies in the upstream Red River. Finally, the identification of geochemical signals showed a similarity in the geochemical signal of particulate metal transport between upstream and downstream of the Red River, suggesting a contribution quasi-exclusively from the upstream part (in China) in the ETM fluxes of the Red River (80 -95%). / Quá trình xói mòn và vận chuyển vật chất (chất rắn lơ lửng, các-bon và kim loại nặng) bởi các dòng sông, suối chịu ảnh hưởng tổng hợp từ các quá trình tự nhiên (địa chất, khí hậu) và các hoạt động của con người. Dựa trên các bảng số liệu ngày về hàm lượng chất rắn lơ lửng và lưu lượng nước trong giai đoạn từ năm 1960 đến năm 2008 trên trục chính của sông Hồng tại trạm Sơn Tây (hạ nguồn của hệ thông sông Hồng trước khi chảy vào vùng đồng bằng), mục tiêu đầu tiên của luận án là nghiên cứu sự biến đổi theo thời gian tải lượng trung bình chất rắn lơ lửng của sông Hồng. Các kết quả cho thấy trong giai đoạn quan trắc, hàng năm sông Hồng chuyển tải ra biển khoảng 24×106 đến 200×106 tấn/năm (trung bình các năm là 90×106 tấn /năm), tương đương với hệ số xâm thực từ 160 đến 1330 tấn/km²/năm. Chính sự phụ thuộc mạnh mẽ của hàm lượng chất rắn lơ lửng vào các điều kiện thuỷ văn khác nhau đã tạo ra sự đa dạng về tải lượng chất rắn chuyển tải hàng năm của hệ thống sông Hồng. Tuy nhiên, trong những năm 1989-1990, khi hồ chứa Hoà Bình đi vào hoạt động, tải lượng chất rắn lơ lửng chuyển tải ra biển của hệ thống sông Hồng đã giảm sút còn khoảng 50×106 tấn, tức là đã giảm khoảng 50%. Dựa trên chiều cao và thể tích của hồ Hoà Bình, hệ số lắng đọng chất rắn lơ lửng trong lòng hồ được xác định vào khoảng 52-200 cm/năm. Như vậy, sau 20 năm đi vào hoạt động, độ dầy lớp bùn đất lắng đọng trong hồ Hoà Bình khoảng 10.4-40m, làm giảm đáng kể thể tích của hồ Hoà Bình.Mục tiêu tiếp theo của luận án là thiết lập cân bằng hàm lượng chất rắn lơ lửng trong các đoạn sông từ thượng nguồn sông Hồng (trạm Lào Cai), tại các hạ nguồn của 3 nhánh sông chính (sông Hồng tại Phú Thọ, sông Đà và sông Lô tại Việt Trì) và tại Sơn Tây trong thời kỳ 2003-2008. Diễn biến của các quá trình xói mòn, chuyển tải và lắng đọng diễn ra trên các đoạn sông một cách phức tạp, đan xen lẫn nhau và phụ thuộc chặt chẽ vào các điều kiện thuỷ văn. Tuy vậy, hiện tượng lắng đọng mạnh mẽ các chất rắn lơ lửng trong vùng hạ nguồn của hệ thống sông Hồng (từ Phú Thọ đến Sơn Tây) đã được ghi nhận trong tất cả các năm quan trắc, không phụ thuộc vào điều kiện thuỷ văn. Ngoài ra, dựa vào các số liệu thu thập được, chúng tôi đã lập bản đồ xói mòn cho toàn bộ lưu vực sông Hồng tại Việt Nam. Hơn thế, các kết quả còn chỉ ra rằng độ cao và độ dốc trung bình lưu vực là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến hệ số xâm thực của lưu vực sông Hồng.Đánh giá chất lượng nước và chất lượng chất rắn lơ lửng chuyển tải trong hệ thống sông Hồng là mục tiêu thứ 3 của luận án. Để đạt được mục tiêu trên, chúng tôi đã tiến hành lấy các mẫu nước và chất rắn lơ lủng trên trục chính cũng như trên các nhánh sông chính của sông Hồng để phân tích hàm lượng các-bon hữu cơ và vô cơ cũng như hàm lượng kim loại nặng trong hai năm 2008-2009, với chu kì lấy mẫu hàng tuần đến hàng tháng. Hàm lượng các-bon hữu cơ (dạng hoà tan và lơ lửng) trong nước sông Hồng tương đối thấp tại tất cả các điểm lấy mẫu và nguồn gốc chính của các-bon hữu cơ là allochtone. Ngược lại, hàm lượng các-bon vô cơ hoà tan rất cao, chiếm khoảng 60-90% hàm lượng các-bon tổng và được giải thích bằng sự có mặt phong phú của núi đá vôi trên toàn lưu vực. Đối với kim loại nặng, dựa trên các kết quả phân tích về hàm lượng kim loại nặng trong nước và trong chất rắn lơ lửng và các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước QCVN 08, chúng tôi đã đánh giá chất lượng nước cho toàn bộ hệ thống sông Hồng từ Lào Cai đến Sơn Tây. Nếu nước sông Hồng trên vùng thượng nguồn (tại Lào Cai và Phú Thọ) không đảm bảo chất lượng để có thể sử dụng làm nguồn nước sinh hoạt thì tại các vùng hạ lưu của sông Hồng, sông Đà và sông Lô, nhìn chung nước của 3 nhánh sông có thể dùng để cung cấp nước sinh hoạt nhưng phải qua các quá trình xử lí tách cặn lơ lửng. Hơn nữa, trong năm 2008, chúng tôi đã thực hiện hai chương trình lấy mẫu nước, chất rắn lơ lửng và trầm tích trên 40 điểm phân bố đều trên toàn bộ lưu vực sông Hồng tại Việt Nam trong mùa cạn và mùa mưa.

Magister Scientiae - MSc / In this study multilayer graphene nanosheets was synthesize by oxidizing graphite to graphene oxide using H2SO4 and KMnO4 followed by reduction of graphene oxide to graphene using NaBH4. The graphene nanosheets were characterized by Fourier Transform Infrared (FTIR) and Raman spectroscopy, high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). HRTEM images showed that the multilayer graphene were obtained. The graphene was immobilized directly onto a glassy carbon electrode using the drop coating technique followed by the in situ deposition of mercury, bismuth or antimony thin films to afford graphene modified glassy carbon metal film electrodes (Gr-GC-MEs). The experimental parameters (deposition potential, deposition time, rotation speed, frequency and amplitude) were optimized, and the applicability of the modified electrode was investigated towards the individual and simultaneous determination of Zn2+, Cd2+ and Pb2+ at the low concentration levels (μg L-1) in 0.1 M acetate buffer (pH 4.6) using square wave anodic stripping voltammetry (SWASV). The detection limits values for the Gr-GC-HgE was 0.08, 0.05 and 0.14 μg L-1 for Zn2+, Cd2+ and Pb2+, respectively. The Gr-GC-BiE the detection limits for was 0.12, 0.22 and 0.28 μg L-1 for Zn2+, Cd2+ and Pb2+ while the detection limits for the Gr-GC-SbE was 0.1, 0.3 and 0.3 μg L-1 for Zn2+, Cd2+ and Pb2+, respectively. A Gr-GCE prepared without any binding agents or metal film had detection limits for Zn2+, Cd2+ and Pb2+ of 3.9, 0.8 and 0.2 μg L-1 for Zn2+, Cd2+ and Pb2+. Real sample analysis of which was laboratory tap water was performed using the Gr-GCMEs. Only Gr-GC-HgE was sensitive enough to detect metal ions in the tap water samples at the 3ppb level whereas, the GC-BiE and GC-SbE detected the metal ions at the 10 μg L-1 to 30 μg L-1 level.

La nanoscience est basée sur les changements de propriétés des particules lorsque leur diamètre est inférieur à 100 nm (i.e. nanoparticules, NPs). Devant l’utilisation croissante de tels NPs, et leur déversement probable dans l’environnement, l’évaluation de leurs risques sur la santé humaine et l’environnement est un enjeu majeur. Dans le cadre de la protection des eaux et des sols, l’évaluation de la qualité des eaux de surface est particulièrement importante, notamment dans les zones humides (ZHs), où la dynamique des métaux toxique (i.e. As, Pb, Ni, Cr, Hg) est complexe et dépend des conditions redox du milieu. Comme les NPs de magnétite (nano-Fe3O4), naturelles ou manufacturées, sont reconnues pour leur capacité d’adsorption importante face aux métaux lourds, leurs interactions dans les ZHs ripariennes (ZHRs) avec les ETMs restent critiques quant à leurs impacts directs ou indirects. Ainsi, l’objectif de cette thèse était d’étudier le rôle des nano-Fe3O4 manufacturées (~10nm) et des oxydes de fer naturels sur la dynamique des ETMs dans les eaux de surfaces et les sols de ZHRs. Ainsi, dans un premier volet portant sur des précipités colloïdaux naturels provenant de produits de reoxydation en milieu riparian (soumis à des oscillations redox), la distribution spatiale des éléments a été effectuée par cartographie isotopique nanoSIMS (i.e. 75As-, 56Fe16O-, le soufre (32S-) et la matière organique (12C14N-), alors que la spéciation du soufre a été évaluée par adsorption des rayons X au seuil K du soufre (S) (XANES). Ces analyses ont permis de mettre en évidences les interactions entre les oxydes de fer naturels, la matière organique naturelle (MON) et un métalloïde toxique, l’arsenic. Nos résultats suggèrent, par colocalisation statistique des images nanoSIMS, l’existence de deux types d’interaction : (1) 12C14N-, 32S-, 56Fe16O- et 75As-, et (2) 12C14N-, 32S- et 75As-. La coexistence des formes de S oxydées et réduites, confirmées par les analyses XANES, pourrait être attribuée à la lente cinétique d’oxydation de la MON. Ainsi, ce premier volet montre qu’en plus des interactions MON, oxydes de fer et As, de possibles interactions directes entre As et NOM à travers des groupements fonctionnels soufrés (e.g. thiols) sont aussi possibles en milieu oxydé. Dans un second volet, l’effet des nano-Fe3O4 (~ 10 nm) sur la mobilité des éléments traces (ETs) et des colloïdes, dans l'horizon organominéral d’un sol naturel de ZHR, a été évaluée à l’aide de colonnes de sol. Nos résultats montrent que l’enrobage des nanoparticules semble influencer la mobilité de la MON et des ETs du sol. En effet, la mobilité des ETs semble augmenter en présence de nano-Fe3O4 nus, suggérant des associations où la MON stabiliserait les nanoparticules et augmenterait leur mobilité ainsi que celle des ETs associés. / Nanoscience is based on changes in particle properties when their diameter is below 100 nm (ie nanoparticles, NPs). Considering the increasing use of such NPs and their discharge into the environment, the assessment of their risks to human health and the environment is a major issue. Underneath the protection of waters and soils, the surface water assessment quality is particularly important, especially in wetlands, where the toxic metals dynamic (e.g. As, Pb, Ni, Cr , Hg) is complex and depends on the redox conditions of the environment. As magnetite (nano-Fe3O4), a natural or manufactured NP, is known for its significant adsorption capacity with heavy metals, their interactions in riparian wetlands with trace metals (TMs) remain critical concerning their direct of indirect impact on trace metals (TMs) mobility. The objective of this thesis was to study the role of manufactured nano-Fe3O4 (~ 10nm) and natural iron oxides on the TMs dynamics in wetland surface waters and soils. Therefore, in a first part considering natural colloidal precipitates from reoxidation products from riparian areas (subject to redox oscillations), a spatial distribution of elements was performed using nanoSIMS isotope mapping (i.e. 75As-, 56Fe16O-, sulfur (32S-) and organic matter (12C14N-), while the sulfur speciation was evaluated X-ray adsorption at K edge of the sulfur (S) (XANES). These analyzes allowed to highlight the interactions between natural iron oxides, natural organic matter (NOM) and a toxic metalloid, As. Our results suggest, with a statistical colocalization of nanoSIMS images, the existence of two interaction types: (1) 12C14N-, 32S-, 56Fe16O- and 75As-, and (2) 12C14N-, 32S- and 75As-. The coexistence of the oxidized and reduced forms of S, confirmed by the XANES analyses might be attributed to the slow oxidation kinetic of MON. Thus, this first part shows that in addition to the known interactions between MON, iron oxides and As, a possible direct interaction between As and NOM through sulfur functional groups (e.g. thiols) are also possible in oxidized environment. In a second part, the effect of nano-Fe3O4 (~ 10 nm) on trace elements (TEs) and colloids mobility in the organomineral horizon of a natural wetland soil was assessed using soil columns. Our results show that the nanoparticles coating influences the mobility of NOM and TMs. Indeed, the TMs mobility increases in presence of naked nano-Fe3O4, suggesting associations where NOM stabilizes the nanoparticles and increase the nanoparticles and associated TMs mobility. This mechanism seems less possible with coated nano-Fe3O4 where MON blocks the coating adsorption sites and therefore the adsorption of metals.

Les potentiels de nouveaux moyens d’investigation en sciences de l’environnement, tel que la géochimie des isotopes stables du Cu et du Zn et l’étude de la spéciation des éléments en trace métalliques (ETM) par titrage acidimétrique sont évalués dans le cadre de trois cas d’études, faisant intervenir des matériaux de matrices et de concentrations en ETM variables. Afin de mettre en évidence de très subtiles variations des compositions isotopiques du Cu et du Zn dans les matériaux particulaires variablement pollués, une attention particulière à été voué à la mise au point des méthodes de séparation chimique et d’analyse par MC-ICP-MS. La méthodologie analytique a été développée afin d’exploiter tout les avantages techniques offerts par le spectromètre de masse à l’ULB. Différents modes d’introduction (plasma humide vs plasma sec (Aridus/DSN), d’acquisition des mesures (mode statique ou dynamique) de correction du biais de masse (dopage au Cu, au Zn et au Ga; correction SSBM, SSBC et EEN)ont été évaluées, pour leurs effets sur la précision et la reproductibilité des mesures. D’autres travaux ont permis de quantifier les effets des interférences spectrales et non spectrales par les éléments de la matrice (Ti, Cr, Co,Fe, Ba, Si, Na, Mg et Ca)et par le rapport dopant/analyte en vue de comprendre les sources d’inexactitudes des mesures isotopiques et d’y remédier. Les données isotopiques acquises sur des minerais, sur des (plaques de) dépôts atmosphériques (usine Pb-Zn Metaleurop de Noyelles-Godault), sur des sédiments et des matières en suspension (estuaire de l’Escaut et mer du Nord), révèlent des variations significatives des compositions isotopiques du cuivre et du zinc. Dans l’estuaire de l’Escaut, les variations temporelles (carotte non perturbée, enregistrant la sédimentation sur 30 ans) et spatiales (matières en suspension échantillonnées sur 100 km, selon le profil de salinité) sont caractérisées par des signatures isotopiques en Zn anticorrélées à celle du Cu. Les données peuvent permettre de distinguer le fond géochimique naturel (le « réservoir naturel »), les pollutions diffuses (le « réservoir anthropique commun »- intégrant de multiples sources de contamination en provenance du bassin versant) et certaines pollutions ponctuelles associées à la métallurgie du Zn. Alors que les procédés utilisés en métallurgie sont eux,capable de produire des signatures isotopiques très fractionnées en Zn, ni la diagenèse précoce dans les sédiments, ni les gradients physicochimiques développés lors du mélange des eaux continentales et marines ne sont capables d’affecter significativement la signature isotopique du Cu et du Zn en phase particulaire. Dans de tels milieux, les signatures isotopiques en Cu et Zn (ainsi que celles en Pb) semblent n’être contrôlées que par le mélange conservatif entre le « réservoir naturel » et le « réservoir anthropique commun ». Les données en elles-mêmes constituent la seule base de données isotopiques en Cu, Zn, Pb dans des matériaux particulaires anthropisés estuariens et marins jamais produite à ce jour. Elles permettent de prédire que la signature isotopique en Cu du « réservoir naturel » devrait être légèrement plus enrichie en isotopes lourds que celle du réservoir « anthropique commun » (par analogie au Zn).<p>Si la géochimie isotopique du Cu et du Zn a le potentiel de distinguer différentes sources de pollution, l’évaluation des risques liés à ces pollutions doit tenir compte des formes chimiques des ETM, typiquement mises en évidences par les méthodes d’extraction sélectives (séquentielles, dont le protocole BCR). La méthode alternative proposée pour l’étude de la spéciation, plus versatile (capable de mettre en évidence des phases non prédéfinies et applicable à une variété de matrices plus large) est capable de surmonter plusieurs limitations (dont les problèmes de sélectivité liées au mauvais contrôle de l’acidité du milieu réactionnel) caractéristiques des méthodes traditionnelles. Appliquée à des sédiments marins/estuariens et des sols, la méthode de titrage acidimétrique s’est révélée capable de quantifier les proportions relatives des phases acido-solubles (principal problème des méthodes d’extraction sélectives), ce qui permet d’établir univoquement la spéciation des éléments qui leurs sont associés, d’évaluer la réactivité des ETM vis-à-vis du pH, mais aussi d’évaluer la sélectivité des protocoles d’extraction séquentielle « BCR » et « Tessier ». La méthode de titrage acidimétrique apporte également des informations importantes sur la géochimie des éléments majeurs dans l’estuaire de l’Escaut et met en évidence les particularités minéralogiques des sols pollués en comparaison aux sédiments.<p>Les études de cas démontrent que ces nouvelles techniques ont des applications dans le domaine de la géochimie de l’environnement, mais peuvent également être vouées, sur le moyen/long terme à une utilisation sortant du cadre des sciences exactes. En effet, l’identification/discrimination des sources de pollutions et l’évaluation des risques de remobilisation des polluants métalliques font partie des nombreuses questions posées par la société aux scientifiques de l’environnement. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished