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Chimie moléculaire pour géomatériaux

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Chimie moléculaire pour géomatériaux

De l’importance de la matière organique dans les hydrosystèmes

 

Sylvie Derenne, directrice de recherche au CNRS dans l’unité mixte de recherche « Biogéochimie et écologie des milieux continentaux » (BIOEMCO, UPMC/CNRS/ENS/IRD/UPEC/AgroParisTech), a mis son savoir-faire et ses compétences de chimiste au service de la géochimie de l’environnement. À l’aide d’outils d’analyse chimique, elle ausculte la matière organique présente dans les roches terrestres et interstellaires.

 

Quels sont les axes de recherche et grandes problématiques ?

Sylvie Derenne. Nous nous intéressons depuis longtemps à la géochimie de l’environnement. Nous étudions notamment la phase organique du cycle de l’azote et les transferts physique de matière des sols vers le réseau hydrographique. En géochimie organique sédimentaire, nous étudions les premières étapes de la fossilisation des végétaux et la composition de la matière organique de roches archéennes. En cosmochimie organique, nous nous intéressons aux météorites carbonées et à leur enrichissement en deutérium ou à la structure chimique d’analogues d’aérosols de Titan.

 

Le « ciment » de toutes ces études est donc la matière organique.

S. D. En effet, nous cherchons à en connaître les précurseurs, les processus de formation et en prédire le devenir dans un milieu naturel bien circonscrit. Nos travaux visent à mieux comprendre les processus qui interviennent dans les cycles biogéochimiques et leur but ultime est de passer des processus élémentaires locaux aux échelles des écosystèmes, voire des paysages et des régions.

 

Vous vous intéressez à certains types d’environnements : les sols, les sédiments, les roches anciennes, les météorites…

S. D. Les objets d’études ne manquent pas, c’est sûr ! Pour les sols, nous nous intéressons à la dynamique du carbone (intérêt environnemental) et de l’azote organique. L’influence de l’utilisation des sols (notamment le passage de la forêt à la culture) nous préoccupe également. L’analyse des roches anciennes nous donne des clefs de compréhension de l’apparition de la vie sur Terre. Celle des météorites sert à comprendre le mécanisme de formation de la matière organique (mécanisme d’organo-synthèse, chronologie du système solaire).

 

…sans oublier, bien sûr, les eaux continentales.

S. D. L’une des finalités est de caractériser voire quantifier l’apport de matière organique terrestre aux océans par transport fluvial. Pour ce faire, une connaissance détaillée de la matière organique des eaux de rivière est indispensable, mais elle est difficile à obtenir car cette matière organique est complexe et d’une grande hétérogénéité. Nous nous sommes déjà penchés sur le cas de transfert de matière vers les rivières dans deux environnements particuliers :

  • Le dégel du permafrost : ces grandes régions arctiques sont gelées en permanence mais fondent partiellement en partie en raison du changement climatique.
  • Les sols amazoniens et les eaux noires du Rio Negro : l’analyse des échantillons de sols et d’eau permet de décrire le transport de matière organique vers les rivières par les eaux de ruissellement. Le tout étant étroitement lié à l’étude de la podzolisation (formation de sols acides peu fertiles) de sols voisins.

Les rivières noires amazoniennes. Eaux noires originaires des horizons profonds du podzol développé. D. R.

 

À quels outils de la chimie analytique avez-vous recours ?

S. D. Idéalement, l’objectif scientifique est de pouvoir intégrer la caractérisation de la structure chimique de divers compartiments de matières organiques naturelles dans les études de la dynamique du carbone, de l’azote et de certains éléments trace. La complexité de la matière organique, présente sous différentes formes (hydrosoluble, soluble ou insoluble), requiert plusieurs approches pour son analyse.

 

Les méthodes spectroscopiques, et notamment la résonance magnétique nucléaire à l’état solide, permettent de suivre l’évolution des fonctions chimiques qui composent la matière organique, par exemple au cours des cycles hydrologiques ou lors de changement d’usage des sols du bassin versant.

 

La combinaison de méthodes pyrolytiques (classiques et thermochemolyses) permet de préciser ces variations au niveau moléculaire. Nous avons récemment développé une méthode complémentaire, fondée sur des hydrolyses assistées par microondes, qui fournit des informations sur les compartiments les plus hydrophiles de cette matière organique. Toutes ces analyses conduisent donc à une meilleure connaissance de la structure chimique des matières organiques mobilisées vers le réseau hydrographique.

 

Pour en savoir plus :

BIOEMCONouvelle fenêtre

 

Sciences à coeur : « Géochimie : de la chimie aux sciences de l’univers »Nouvelle fenêtre, 13 janvier 2011.



05/03/13