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Soutenance de thèse de Nina Bothamy

Jeudi 1er Octobre 2020 à 14h30 - Amphi du CRPG

Fractionnement anthropique et naturel des isotopes stables du néodyme (Nd) dans l’environnement

Avec une utilisation mondiale croissante pour des applications variées (nouvelles technologies, énergies vertes, etc.), les terres rares (REEs pour ‘rare earth elements’) sont devenues des polluants émergents. Ces pollutions peuvent/pourront être d’origine industrielle (ex. rejets dans l’environnement en sortie d’usine), minière, ou causées par le stockage inapproprié de produits industriels (ex. aimants à base de néodyme (Nd) fragiles à la corrosion). Dans ce contexte, ce projet de thèse a cherché à développer un nouvel outil : l’étude du fractionnement dépendant de la masse des isotopes du Nd (δNd en ‰). Les objectifs de ce projet ont été i) d’apporter un maximum d’éléments pour aider à tracer les pollutions anthropiques de Nd dans l’environnement et ii) d’aider à mieux comprendre comment fonctionne l’accumulation des REEs par les plantes, en particulier les fougères hyperaccumulatrices Dicranopteris linearis, dans le but d’appuyer les études de phytoremédiation des sites pollués. Le δNd de matériels anthropiques (solutions synthétiques de Nd pur et aimants industriels Nd2Fe14B) a été mesuré (gamme de variation de 1,45 ‰ en δ148Nd, littérature incluse) et comparé à la signature des roches terrestres de la littérature (gamme de 0,66 ‰). Les résultats montrent que l’utilisation combinée i) du rapport de l’isotope radiogénique 143Nd/144Nd (ε143Nd, traceur de sources), ii) de la composition des isotopes stables du Nd (δNd, traceur de sources et processus) et, iii) du type de fractionnement (cinétique ou à l’équilibre thermodynamique) des isotopes stables du Nd, peut permettre à l’avenir de distinguer le Nd naturel du Nd anthropique et de tracer ce Nd anthropique dans l’environnement. La mesure du δNd de 5 spécimens de fougères D. linearis, ainsi que de 3 standards biologiques (lichen, feuilles de pommes et lentilles d’eau) a permis de déterminer de façon évidente que la biologie peut fractionner les isotopes stables du Nd. Les valeurs extrêmes en δ148Nd, parmi les échantillons biologiques, sont -0,415 ± 0,060 ‰ et -0,011 ± 0,022 ‰ (2σmean), respectivement pour l’une des pétioles des fougères et pour les lentilles d’eau. Trois résultats principaux en découlent : i) le fractionnement des isotopes stables (δNd) est corrélé au fractionnement des REEs légères par rapport aux REEs lourdes pour tous les échantillons mesurés (fougères, lichen, feuilles de pomme, lentilles d’eau et tous les sols) ; ii) le transport et la distribution du Nd (et des REEs) dans les différentes parties des fougères sont corrélés à ceux du manganèse (Mn), suggérant un mécanisme de transport similaire des REEs et du Mn, pour les fougères mais aussi chez d’autres végétaux comme les pommiers ; iii) la dégradation de l’argile, sur laquelle les REEs sont massivement adsorbées dans les sols étudiés, peut induire le fractionnement des isotopes stables du Nd des sols, que ce soit une dégradation causée par des processus naturels (ex. biologie) ou anthropiques (extraction des REEs avec des acides miniers).

Jury :

Directeur de thèse : Raphaël Pik, directeur de recherche, CNRS-UL-CRPG, Nancy

Rapporteurs : Jean-Alix Barrat, professeur, CNRS-UBO-IUEM, Brest
Aline Dia, directrice de recherche, CNRS-Univ. Rennes, Rennes

Examinateurs : Laure Giambérini, professeure, CNRS-UL-LIEC, Nancy
Sylvain Pichat, maître de conférences, CNRS-ENSL-LGLTPE, Lyon

Invité : Christophe Cloquet, ingénieur de recherche, CNRS-UL-CRPG, Nancy




publié jeudi 17 septembre 2020