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Laboratoire d'Ecogéochimie des Environnements Benthiques
UMR 8222

Leonardo Contreira (Thèse soutenue le 4 décembre 2012)

Leonardo Contreira Pereira 

 

Autonomous voltammetric and potentiometric sensors: toward long-term monitoring of sulphur biogeochemical dynamics at redox-interfaces

 

Directrice : Nadine Le Bris

 

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Le cycle du soufre a une importance majeure dans le fonctionnement des écosystèmes marins. En particulier, les réactions d'oxydo-réduction impliquant la formation de sulfure par réduction des sulfates de l’eau de mer ou leur oxidation, catalysées par les métabolismes microbiens, jouent un rôle clé dans les transferts d'énergie au sein des écosystèmes et dans les processus de transformation de la matière organique. La spéciation chimique et la concentration des formes réduites du soufre dans un environnement donné peuvent changer rapidement sous l’effet de processus chimiques, biologiques et physiques. Les panaches hydrothermaux caractérisés par le mélange turbulent de fluides riches en sulfure avec l’eau de mer sont des exemples évidents de ces systèmes dynamiques, mais ils ne sont pas les seuls. Toutes les zones d’interface oxique-anoxiques sous l’influence de forçages hydrodynamique peuvent refléter ces instabilités. Du fait de ces conditions métastables, l'échantillonnage et l'analyse a posteriori des composés du soufre, et notamment des sulfures, n’est pas la stratégie la mieux appropriée pour étudier leurs dynamiques temporelles complexes en milieu marin. À ce jour, cependant, la plupart des instruments disponibles pour la mesure in situ de sulfure sont limitées à des measures sur le court terme (quelques heures), et les outils font encore largement défaut pour les mesures in situ en continu sur des durées allant de quelques jours à plusieurs semaines, voire au-delà. Dans ce contexte, les capteurs électrochimiques offrent plusieurs avantages, même si certaines limitations analytiques sont reconnues. Le besoin crucial d’outils simples et robustes pouvant être utilisés dans une variété d'environnements sulfurés, y compris les plus extrêmes, justifient de reconsidérer leurs potentialités, à la lumière des contraintes opérationnelle et des exigences minimales en terme de qualité de mesure. Dans cette étude, l‘électrode potentiométrique Ag/Ag 2S, utilisée en laboratoire et in situ de longue date, et une nouvelle méthode voltamétrique basée sur une electrode d’argent ont été adaptées pour des mesures court terme en grande profondeurappliqués et pour le suivi autonome en continu de la concentration en sulfure dans différents environnements profonds et peu profonds. Les avantages qu'offrent ces outils pour le développement de nouvelles approches sont illustrés et discutés dans ce document. Les paramètres les plus pertinents pour qualifier les performances de ces capteurs dans le cadre d’une utilisation à long terme en milieu marin ont été examinées; gamme de concentration, reproductibilité lors d’utilisation in situ, stabilité à long terme, les effets de variations du pH et de la température. Les limites et les avantages inhérents à chaque technique sont discutés et comparés, en relation avec différents objectifs scientifiques. La pertinence de l'approche capteur pour l'étude de la dynamique temporelle des processus biogéochimiques associés au soufre dans des environnements différents, est illustré par des examples de même que les nouvelles approches expérimentales qui sont aujourd’hui permises par la disponibilité de ces outils.

Leonardo Contreira (leonardo.contreira @ obs-banyuls.fr) - 28/03/16

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