Etude en laboratoire de concrétions fer-manganèse soumises à différentes conditions oxydo-réductrices

Résumé du document

Ce travail vise à déterminer la distribution et le devenir des éléments traces dans les sols. Pour cela, le régime hydrologique d'un sol a été simulé expérimentalement en laboratoire afin d'observer la formation, la dissolution et la capacité de dispersion des éléments des concrétions sous différentes conditions oxydo-réductrices (durée et fréquence d'hydromorphie).
Finalement, l'impact du temps total de saturation des concrétions sur la dynamique (stocks et flux) du fer, du manganèse et du cobalt est assez nette. La fréquence des cycles de saturation/séchage ne semble pas affecter la dynamique des éléments majeurs, mais plus celle du cobalt, les cycles de saturation/séchage plus fréquents favorisant le relargage de ce dernier. Quelque soit le régime hydrique, la tendance moyenne durant l'expérience est à la formation (stockage) d'oxydes de fer et à la dissolution (relargage) des oxydes de manganèse, auxquels est majoritairement associé le cobalt. L'ACP a permis d'identifier 5 paramètres en bonne relation : la conductivité électrique, l'alcalinité et les concentrations en fer, manganèse et cobalt. Ces paramètres étant chimiquement et physiquement liés, il est logique qu'ils présentent de bonnes corrélations entre eux.
Malheureusement, les problèmes rencontrés au cours de l'expérience (nombreuses fuites, régulation du débit délicat, arrêts de l'expérience, changement du monolithe de sol, malfonctionnement du pH/Eh-mètre, etc) ont sans nul doute affecter les résultats. Le changement de monolithe de sol a particulièrement modifié les conditions réductrices et la dynamique du manganèse comme on l'a vu. L'absence de duplicata et de témoin pour le régime hydrique W2D1 ne permet pas une exploitation robuste de ses données.
Ainsi, un important travail est encore nécessaire pour exploiter complètement et au mieux les nombreuses données recueillies au cours des 6 mois de l'expérience. Des corrélations polynomiales d'ordre 2 significatives ont été mises à jour entre les paramètres décelés par l'ACP (Annexe 10), malgré l'absence de traitement des données. Il faudrait donc en premier lieu éliminer les outliers de la base de données afin d'obtenir de meilleures corrélations. L'étude statistique des données cycle par cycle permettrait également d'affiner les tendances observées sur la totalité de l'expérience et de s'affranchir des perturbations causées par le changement de monolithe de sol. Les données de répartition des concrétions par fraction de 2/3, 3/4 et 4/5 mm et leur analyse par ICP/MS sera également précieuse pour mieux comprendre la dynamique des éléments dans les différentes fractions.

Extraits

[...] L'utilisation de tests paramétriques de comparaison des variances des différents échantillons (tests de Levene et de Bartlett) consolide ces résultats pour le régime W14D14 (données non présentées). Les données des volumes totaux recueillis à la sortie des colonnes et du monolithe de sol sont reportées dans le Tableau 4. Noter que ces valeurs ne tiennent pas compte des éventuelles pertes, lors du débordement des bouteilles de collection notamment. Toutefois, le volume total reste à peu près proportionnel au temps de saturation entre les différents régimes, puisque les régimes hydriques W1D1 et W14D14, normalement saturés aussi longtemps l'un que l'autre sur les 6 mois de l'expérience mois sur les présentent un volume total du même ordre de grandeur (excepté bien sûr pour Con/W14D14-8). [...]

[...] Cette augmentation est manifeste pour les régimes hydriques CS et W2D1. Elle l'est moins pour le régime hydrique W1D1, mais les moyennes des valeurs de conductivité électrique calculées sur les différents cycles le confirme bien (données non présentées). L'augmentation de la conductivité électrique est donc plus lente pour les colonnes qui ont un cycle de saturation plus court : il est logique qu'il y ait plus de dissolution de sels conducteurs avec une saturation plus longue. Concernant le régime hydrique W14D14, les moyennes des valeurs de conductivité électrique calculées sur les différents cycles ne montrent pas de tendance à l'augmentation, ces moyennes fluctuant d'un cycle à l'autre. [...]

[...] Les analyses sont en cours. La caractérisation des phases cristallisées présentes dans les concrétions sera prochainement réalisée par diffraction des rayons X sur poudre. L'aire spécifique d'adsorption doit aussi bientôt être déterminée par la méthode BET (Brunauer, Emmett et Teller). Résultats Volume total des lixiviats Comme mentionné dans le paragraphe des difficultés expérimentales, la régulation du débit s'est avérée délicate, puisqu'en fin d'expérience, le volume total pour les colonnes d'un même régime hydrique (W14D14) peut différer de presque 3L ! [...]

[...] Il semblerait toutefois que le temps de saturation soit en relation avec les quantités de manganèse relarguées et lixiviées. Dynamique du cobalt Le Tableau 11 et la Figure 14 manifestent d'une différenciation très claire entre les concentrations moyennes en cobalt lixiviées par les colonnes Qz et les colonnes Con d'un même régime hydrique : les concentrations moyennes en cobalt à la sortie des colonnes Qz sont nettement plus faibles, voisines de celle à la sortie du monolithe de sol (SB). [...]

[...] Il est situé entre les régions naturelles du Boischaut et de la Brenne au nord et à l'ouest, du Bourbonnais à l'est, et des monts de la Marche au sud. La parcelle du prélèvement, "Le Pré Neuf", est une prairie permanente pâturée, localisée sur la commune de Chassignolles, près de La Châtre. Elle est épisodiquement amendée et fertilisée. Le sol observé est épais et présente une succession de 4 horizons (Annexe : l'horizon de surface, entre 0 et 30 cm, est un horizon organo- minéral, argilo-limoneux (31 à d'argile), riche en matière organique et sans aucun élément grossier. [...]