(H/F) Origine du fractionnement isotopique saisonnier du fer du Rio Negro, Brésil : approches spectroscopique et isotopique de l’analyse des particules en suspension

Description du Poste

Sujet De Thèse

Notre capacité à prévoir le climat futur dépend notamment de nos connaissances du cycle des éléments et en particulier du carbone à la surface de la planète. Or les rapports du GIEC pointent des lacunes en la matière dans les zones humides intertropicales. Dans l'environnement, les particules transportées, et en particulier les colloïdes définis conventionnellement dans la gamme de tailles entre 1 µm et 1 nm sont maintenant largement reconnues comme des vecteurs importants dans le transport de divers éléments traces métalliques (ETM) et du carbone. Elles sont le plus souvent constituées de matière organique et d’oxydes et oxyhydroxydes de fer ou d’hydroxydes et oxyhydroxydes d’aluminium dans divers contextes tropicaux, boréaux ou tempérés. L'étude du rôle des colloïdes en tant que vecteurs est, outre le cas des pollutions par des ETM, pertinent pour révéler les espèces issues du couplage des cycles du fer et du carbone dans divers compartiments de l’environnement, depuis les sols jusqu’aux sédiments. Il est reconnu que le cycle du carbone a des incidences sur l’évolution du climat, or le fer pourrait impacter la stabilité de la matière organique et ainsi influencer la production de CO2 et donc l’évolution du climat en contribuant au stockage du carbone des sols ou des sédiments. Des études géochimiques de laboratoire ont permis de mettre en évidence des mécanismes élémentaires de l’association Fer – matière organique comme la complexation ou la formation de nano-oxyhydroxydes de fer par oxydation du Fe(II) dans la fraction colloïdale. Cependant, et malgré leur rôle au sein des eaux de surface, les colloïdes sont rarement caractérisés directement dans les échantillons naturels, principalement en raison de la difficulté à les concentrer et les séparer. Des études ont pu être menées sur particules isolées, qu’elles soient par exemple orientées vers des analyses en spectrométrie de masse en « temps de vol » permettant d’effectuer des corrélations élémentaires, ou obtenues par microscopie électronique donnant accès à des formes, tailles, structures et compositions. Toutefois ces approches demeurent très limitées en termes de statistique de particules observées. On peut alors aussi analyser les colloïdes avec des outils spectroscopiques intégrant de grandes populations de particules et donnant accès à la nature des phases solides et des espèces chimiques à l’échelle moléculaire actrices des processus biogéochimiques.
Nous avons ainsi pu montrer que les colloïdes sont particulièrement importants dans le cas d’eaux noires riches en matières organiques comme celles du Rio Negro (Brésil) qui draine un sous-bassin majeur du bassin amazonien et où les colloïdes contiennent une part importante du fer transporté. De plus dans cette rivière, des fluctuations saisonnières du fractionnement isotopique du fer dans les particules en suspension ont été mises en évidence. Quelques études récentes en laboratoire indiquent notamment un rôle de la complexation organique sur ce fractionnement. Cependant, la compréhension du contexte naturel des cours d’eau du Rio Negro en termes de processus n’a pas encore été approfondie alors qu’ils représentent des flux de carbone importants. Ce milieu constitue un terrain idéal pour mieux appréhender le couplage des cycles du fer et du carbone dans le continuum hydrologique, entre sols et sédiments. Ainsi, pour interpréter en particulier l’origine des fluctuations des rapports isotopiques du fer en termes de mécanismes élémentaires de spéciation du fer associé à la matière organique (oxydo-réduction, complexation, formation de nano-oxyhydroxydes), ce projet de thèse vise à combiner des approches spectroscopique et isotopique sur des particules en suspension naturelles (fractions particulaire supérieure à 0,2 µm, colloïdale entre 0,2 µm et 5 kD, dissoute inférieure à 5kD) séparées par ultrafiltration tangentielle dans des cours d’eau de différents ordres du bassin versant du Rio Negro. Pour la première fois dans ces milieux et à l’aide d’un dispositif mis en place à l’IMPMC, les prélèvements seront effectués sur le terrain en atmosphère contrôlée afin de préserver l’état d’oxydation du fer (en sac à gants lors de l’ultrafiltration et en boîte à gants au laboratoire). Deux missions de terrain porteront alors sur 4 cours d’eau d’ordres différents depuis un ruisseau amont jusqu’au Rio Negro dans la région de Manaus, Brésil, et se dérouleront en saisons de basses et de hautes eaux. La dimension quantitative de l’approche spectroscopique sera perfectionnée par la préparation en laboratoire de standards représentant au mieux les espèces du fer observées.

Votre Environnement de Travail

Ce projet s’inscrit dans le cadre de l’ANR TICAR (Tracing the Iron-Carbon interactions in the Amazonian black River headwaters). Il sera géré par le CNRS (Délégation Paris Centre 02). L’école doctorale sera Géosciences, Ressources Naturelles et Environnement (ED 398). La thèse aura lieu dans deux laboratoires, l’iMPMC et le GET :
(i) l’Institut de Minéralogie, Physique des Matériaux et Cosmochimie (http://impmc.sorbonne-universite.fr/fr/equipes.html) qui est une unité mixte de recherche entre CNRS, Sorbonne université (SU) et le Muséum d’Histoire Naturelle (MNHN). Il est situé sur le campus Pierre et Marie Curie à Paris, Jussieu. L’unité est un laboratoire comprenant environ 120 permanents, répartis dans des équipes de recherche qui conduisent des recherches pluridisciplinaires dans les domaines de la physique, de la biologie, des géosciences et de la chimie. A l’IMPMC, le/la doctorant(e) intégrera l’équipe minéralogie environnementale. Il / elle travaillera sous la direction de T. Allard (DR CNRS, HDR) et interagira avec d’autres membres impliqués dans l’ANR TICAR. Il / elle aura accès aux instruments d’analyse du laboratoire.
(ii) le laboratoire Géosciences Environnement Toulouse (https://www.get.omp.eu/) est une unité mixte de recherche entre le CNRS, l’IRD, l’Université Toulouse 3 et le CNES pluridisciplinaire en Sciences de la Terre et de l’Environnement. Il est rattaché à l’Observatoire Midi-Pyrénées (OSU OMP), regroupant environ 226 personnes, dont 156 permanents. La/le doctorant(e) travaillera sous la direction de F. Poitrasson (DR CNRS, HDR) coordinateur de l’ANR TICAR. Il / elle aura accès à la salle blanche et aux spectromètres de masse à source plasma nécessaires à la réalisation du projet.

Rémunération et avantages

Rémunération

2300,00 € brut mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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