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Soutenance de thèse de Imène Bedja

6 septembre 2021 14h, amphithéâtre du CRPG (seulement 25 personnes pourront assister à la soutenance en présentiel)

Étude isotopique du cycle biogéochimique du magnésium à haute précision : Impact de la biologie terrestre

Résumé Ce travail a pour but de décrire les interactions chimiques entre les réservoirs biologique, lithologique et hydrologique à l’échelle d’une zone critique (ZC) en utilisant les isotopes stables du Mg comme traceur des processus biogéochimique. La ZC est en effet considérée comme le siège des transferts de matière et d’énergie à la surface de la terre qui conditionnent la qualité́ des sols et la chimie des eaux de surface. L’altération chimique des roches est fortement influencée par l’activité biologique, agit sur le climat et contrôle la chimie des océans. Ces interactions font l’objet d’un débat actuel. Le Mg est un oligo-élément abondant dans les roches, les plantes et les eaux. Sa signature isotopique est un très bon proxy des interactions biogéochimique, les isotopes lourds du Mg sont préférentiellement captés lors du pompage racinaire des plantes et la re-précipitation des minéraux silicatés secondaires (argile). D’autre part, les isotopes légers sont captés lors de la formation des minéraux carbonatés. Afin d’atteindre l’objectif de cette étude, nous avons analysé les rapports isotopiques 25Mg/24Mg et 26Mg/24Mg des eaux de surface et des rivières dans deux ZCs.

Nous avons étudié l’importance des processus biologiques dans le contexte érosif des bassins versants du Sud ouest des Alpes (WSA) Néo-Zélandaises. Dans cette ZC, l’altération chimique des roches est dominée par la dissolution rapide et incongruente des phases minérales silicatées comme la biotite. Malgré la forte activité biologique sur les bassins versant des WSA, les données isotopiques et élémentaires montrent que l’effet des processus biologiques est négligeable sur le cycle biogéochimique du Mg. Les compositions isotopiques du Mg mesurées dans les WSA peut être expliquées par un modèle de fractionnement stationnaire de dissolution incongruente de la biotite.

Nous avons également retracé le cycle biogéochimique du Mg dans le bassin versant du Liwu à Taïwan, en s’appuyant sur son cycle hydrologique déjà connu. Nous avons pour ce bassin développé́ un modèle multidimensionnel comprenant les fluxes du Na, Ca, Mg, K et Si couplés à la composition isotopique du Mg. Ce modèle montre que l’altération chimique des roches carbonatées et silicatées joue un rôle important et déterminant sur la chimie du Liwu. Par ailleurs, les processus de pompage biologique semblent être en pseudo équilibre avec les processus de re-minéralisation de la matière organique, impliquant un effet négligeable des processus biologiques sur le cycle du Mg.

L’étude du cycle biogéochimique du Mg dans ces deux ZCs à des échelles différentes (WSA < 1 km2 et Liwu > 100 km2) montre un effet négligeable des processus biologiques sur le cycle du Mg dissous dû probablement au pseudo équilibre entre la dégradation de la matière organique et le pompage biologique des nutriments à l’échelle d’une zone critique comme le Liwu mais aussi à l’intensification des processus d’altération rapide des minéraux comme les bassins de WSA en NZ.

Mot clés : Zone critique, cycle biogéochimique, nutriment, isotopes stables, Magnésium, dynamique de fractionnent, cinétique, biologie

Jury

Directeur de thèse :
Etienne Deloule - Directeur de recherche, CRPG - U. Lorraine
Rapporteurs :
Cécile Quantin - Professeur, U. Paris Sud
Nathalie Vigier - Directrice de recherche, LOV Villefranche sur Mer
Examinateurs :
François Chabaux - Professeur, U. Strasbourg
Mary Ford - Professeur, CRPG - U. Lorraine
Sophie Opfergelt - Professeur, UCL Louvain
Gregory Van Der Heijden - Chercheur, INRA Champenoux




publié samedi 4 septembre 2021