Résumés des sessions / Session abstracts > Thème 8

Thème 8 : BioGéosciences et Environnement / BioGeosciences and Environment


  • Session 8.1 :


  • Session 8.2 :


  • Session 8.3 :

  • Session 8.4 :


  • Session 8.5 :


  • Session 8.6 :


  • Session 8.7 :


  • Session 8.8 :


Nanoparticules, colloïdes et environnement
Nanoparticles, colloids and environment

Spéciation et dynamique des métaux dans les sols, interactions avec les microorganismes
Speciation and dynamics of metals in soils, interaction with microorganisms

Rôle de la végétation sur le transfert des éléments chimiques

Rôle des microorganismes sur le devenir des hydrocarbures dans les différents compartiments terrestres

Biogéochimie du mercure
Advances in mercury biogeochemistry

Les isotopes stables non-traditionnels comme traceurs biogeochimiques (SFIS)
Non-traditional stable isotopes as biogeochemical tracers (SFIS)

Cycles biogéochimiques des contaminants en Arctique
Biogeochemical cycling of contaminants in the Arctic

Geochemistry of salted solutions and Mobilization of hazardous trace elements in freshwater aquifers in response to CO2 leakage from deep geological storage


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Session 8.1 : Nanoparticules, colloïdes et environnement
Session 8.1: Nanoparticles, colloids and environment

Responsables :

  • Sylvain Grangeon (BRGM, Orléans)   s.grangeon@brgm.fr

  • Philippe Le Coustumer (U. Bordeaux)   philippe.le-coustumer@u-bordeaux1.fr

  • Alejandro Fernandez-Martinez (ISTERRE, Grenoble)   alex.fernandez-martinez@ujf-grenoble.fr

  • Gaëtane Lespès (IPREM, Pau)   gaetane.lespes@univ-pau.fr

  • Serge Stöll (U. Genève)   serge.stoll@unige.ch


    • Résumé :

     Les minéraux nanocristallins naturels (nanoparticules de type oxyde de fer, manganèse, hydroxydes double lamellaires, etc.), les argiles et les colloïdes naturels (par ex. acides humiques et fulviques) possèdent une charge de surface variable et une réactivité chimique évoluant en fonction du contexte géochimique. De fait, ils jouent un rôle prépondérant dans le cycle géochimique de nombreux éléments trace métalliques et organiques, et, en zone polluée, dans le piégeage des polluants métalliques et dans la dégradation des polluants organiques. Les minéraux amorphes et/ou nanocristallins jouent aussi le rôle de précurseurs minéraux dans les processus de bio-minéralisation (par ex. : carbonates et phosphates amorphes, oxydes de fer, etc.), et sont donc des objets d’étude importants pour la compréhension du devenir dans l’environnement. En outre, les nanoparticules de synthèse, de plus en plus utilisées, sont rejetées dans l’environnement sans que leur toxicité et devenir ne soient clairement compris ni maîtrisés.

     Les récentes avancées dans la caractérisation structurale de ces objets (par ex. microscopie électronique, diffraction des rayons X, méthodes spectroscopiques sur grands instruments [synchrotron, neutrons]) et de leurs processus d’agrégation, coagulation, floculation en fonction de leur potentiel zêta ont permis de mieux comprendre leur évolution texturale, structurale, leur réactivité chimique et donc leur rôle dans l’environnement.

     Cette session se focalisera sur la structure, la réactivité et le devenir dans l’environnement des nanoparticules naturelles et de synthèse, ainsi que sur la relation entre structure et propriétés chimiques (par ex. sorption). Cette session pourra accueillir des études employant des techniques expérimentales et/ou théoriques (par ex. modélisation moléculaire). Des études de terrain et de laboratoire (synthèse, comportement, modélisation) portant sur les nanoparticules, leur impact environnemental et sur l’éco-toxicologie, ainsi que la modélisation de leurs mécanismes d’agrégation, coagulation et floculation sont également bienvenus.


    Mots clefs :

    Nanoparticules, nanomatériaux, argiles, colloïdes, structure, réactivité, cristallochimie, géochimie


    Abstract:

     Natural nanocristalline minerals (iron and manganese oxides, layered double hydroxides, etc.), clays and natural colloids (e.g. humic and fulvic acids) possess a variable surface charge and a chemical reactivity that evolve as a function of the geo-chemical context. Thus, they play a pivotal role in the geochemical cycle of numerous trace metals and organics and, in polluted areas, in the trapping of trace metals and in the degradation of organic pollutants. Amorphous and/or nanocristalline minerals also play the role of amorphous precursors in bio-mineralization processes (e.g. amorphous carbonates and phosphates, iron oxides, etc.) and are thus important research subjects for the understanding of the origin and fate of cristalline structures in the environment. Finally, manufactured nanoparticles are increasingly used and released in the environment, although their toxicity and fate are poorly understood.

     Recent advances in the structural characterization of these objects (e.g. electronic microscopy, X-ray diffraction, spectroscopic methods taking advantage of large facilities [synchrotron, neutron]) and in the understanding of their aggregation, coagulation and flocculation processes as a function of their zeta potential have helped to better constrain their textural and structural evolution, as well as their chemical reactivity, and thus their role in the environment.

     This session will focus on the structure, reactivity and environmental fate of natural and manufactured nanoparticles, as well as on the relation between structure and chemical properties (e.g. sorption capacities). This session will host experimental and theoretical (e.g. molecular dynamics) studies. Field and laboratory (synthesis, behavior, and modeling) studies focusing on nanoparticles, their environmental impact and on their implication for ecotoxicology, as well as modeling of their aggregation, coagulation and flocculation mechanisms are also welcome.


    Keywords:

    Nanoparticles, nanomaterials, clays, colloids, structure, reactivity, crystallochemistry, geochemistry


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    Session 8.2 : Spéciation et dynamique des métaux dans les sols, interactions avec les microorganismes
    Session 8.2: Speciation and dynamics of metals in soils, interaction with microorganisms

    Responsables :

  • Mélanie Davranche (Géosciences Rennes)   melanie.davranche@univ-rennes1.fr

  • Aline Dia (Géosciences Rennes)   aline.dia@univ-rennes1.fr

  • Laureline Février (IRSN, Cadarache)   laureline.fevrier@irsn.fr

  • Marie-Pierre Isaure (IPREM, LCABIE, Pau)   marie-pierre.isaure@univ-pau.fr

  • Béatrice Lauga (IPREM, EEM, Pau)   beatrice.lauga@univ-pau.fr

  • Jean M.F. Martins (LTHE, Grenoble)   jean.martins@ujf-grenoble.fr

  • Lorenzo Spadini (LTHE, Grenoble)   lorenzo.spadini@ujf-grenoble.fr


    • Résumé :

     La spéciation des éléments traces conditionne leur mobilité, leur biodisponibilité et leur toxicité dans l’environnement. Les micro-organismes jouent également un rôle important sur cette spéciation. Cette session est dédiée à la spéciation et à la dynamique des éléments traces dans les sols au sens large (sédiments, sols contaminés, fond géochimique...) et considère leurs interactions avec les phases minérales, les substances organiques et les micro-organismes. Les études mettant en œuvre des dispositifs expérimentaux divers (études sur sites, mésocosmes, réacteurs en laboratoire, milieux extrêmes...), des échelles différentes (de la molécule au bassin versant), des techniques analytiques combinées (imagerie chimique, chimie des solutions, spectrométries de masse, spectroscopies...) ainsi que des approches de modélisation biogéochimique sont encouragées. Les contributions consacrées à l’étude de l’impact du rôle clé des microorganismes et des processus biogéochimiques mis en jeu dans la remédiation des milieux contaminés sont également bienvenues.


    Abstract:

     Speciation of trace elements affects their mobility, bioavailability and toxicity in the environment. Microorganisms also play an important role on this speciation. Not only does this session be focused on elucidating the speciation and dynamics of trace elements within soils in a broad sense (sediments, contaminated soils, geochemical back-ground, etc.), but also considers their interactions with mineral phases, substances and microorganisms. Studies based on various experimental devices (such as field studies, mesocosms, laboratory reactors, extreme environments, etc.), at different scales (from the molecule to the watershed), combined analytical techniques (chemical imaging, solution chemistry, mass spectrometry, spectroscopy, etc.), and biogeochemical modelling approaches are encouraged. Contributions dedicated to the study of the impact of the key role of microorganisms and biogeochemical processes involved in the remediation of contaminated areas are also welcome


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    Session 8.3 : Rôle de la végétation sur le transfert des éléments chimiques

    Responsables :

  • Priscia Oliva (GET, Toulouse)   priscia.oliva@get.obs-mip.fr

  • Eva Schreck (GET, Toulouse)   eva.schreck@get.obs-mip.fr

  • Sonia Rousse (GET, Toulouse)   sonia.rousse@get.obs-mip.fr

  • Jérôme Viers (GET, Toulouse)   jerome.viers@get.obs-mip.fr


    • Résumé :

     La végétation joue un rôle majeur dans le transfert des éléments chimiques (majeurs et traces) au sein des bassins versants peu ou fortement impactés par les activités humaines. Ce rôle est complexe, multiple et peut se décliner à différentes échelles. Il peut être considéré par exemple à travers l’effet de ligands émis par les racines sur la dissolution des minéraux du sol. Il peut être considéré à travers une forêt considérée comme un réservoir chimique à part entière qui peut être un puits ou une source selon qu’elle se trouve dans un état stationnaire ou non. Il peut également être un vecteur de transfert des éléments via la chaine alimentaire. Cette session considérera aussi bien des travaux menés à l’échelle du sol (transfert sol plante, processus microbien dans la zone racinaire.....) qu’à l’échelle du bassin versant (bilans géochimiques...). Elle s’intéressera également au transfert de certains éléments chimiques vers les plantes en terme de risque sanitaire (toxicité), biofortification, ou phytoremédiation. Ces travaux pourront s’appuyer sur des approches de terrain, de l’expérimentation en laboratoire ou encore de la modélisation.


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    Session 8.4 : Rôle des microorganismes sur le devenir des hydrocarbures dans les différents compartiments terrestres

    Responsables :

  • Cristiana Cravo-Laureau (IPREM, EEM, Pau)   cristiana.cravo-laureau@univ-pau.fr

  • Robert Duran (IPREM, EEM, Pau)   robert.duran@univ-pau.fr

  • Anthony Ranchou-Peyruse (IPREM, EEM, Pau)   anthony.ranchou-peyruse@univ-pau.fr


    • Résumé :

     Cette session est focalisée sur la microbiologie environnementale qui vise à comprendre le rôle des microorganismes dans le devenir des contaminants organiques, plus particulièrement les hydrocarbures dans l’environnement. Les microorganismes impliqués dans les différents cycles biogéochimiques jouent un rôle important dans la dégradation de ces composés, comprendre les interactions entre les différents cycles et les mécanismes impliqués est un enjeu majeur des recherches actuelles.

     Les contributions dans les domaines de la remédiation, atténuation naturelle et décontamination dans les environnements tels que sols, eaux, sédiments marins, aquifères et réservoirs pétroliers sont attendues. L’implication des microorganismes dans les différents cycles biogéochimiques ainsi que les développements techniques et expérimentaux seront également sollicités.


    Mots clefs :

    Microorganismes, géomicrobiologie, hydrocarbures, biodégradation


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    Session 8.5 : Biogéochimie du mercure
    Session 8.5: Advances in mercury biogeochemistry

    Responsables :

  • Jeroen Sonke (GET, Toulouse)   jeroen.sonke@get.obs-mip.fr

  • David Amouroux (LCABIE, IPREM, Pau)   david.amouroux@univ-pau.fr


    • Résumé :

     Half a century of mercury research has provided scientists and policy makers with detailed understanding of mercury toxicology, biogeochemical cycling and past and future impacts on human exposure. The complexity of the global biogeochemical mercury cycle has led to repeated and ongoing paradigm shifts in numerous mercury rela-ted disciplines and outstanding questions remain. In this session we invite contributions that target those outstanding questions on the biogeochemical cycling of mercury.

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    Session 8.6 : Les isotopes stables non-traditionnels comme traceurs biogeochimiques (SFIS)
    Session 8.6: Non-traditional stable isotopes as biogeochemical tracers
    (SFIS)

    Responsables :

  • Oleg Pokrovsky (GET, Toulouse)   oleg.pokrovsky@get.obs-mip.fr

  • Franck Poitrasson (GET, Toulouse)   franck.poitrasson@get.obs-mip.fr

  • Christophe Cloquet (CRPG, Nancy)   cloquet@crpg.cnrs-nancy.fr


    • Résumé :

     Depuis une quinzaine d’années, une nouvelle instrumentation a ouvert la porte à l’analyse des isotopes stables d’éléments légers non traditionnels comme le Li, le Mg ou le Ca mais aussi et principalement des éléments de transition comme le Fe, le Cu, le Zn ou d’autres éléments plus lourds. Les processus biogéochimiques sont à l’origine de variation de la composition isotopique parmi les plus importantes recensées sur la plupart de ces éléments. La possibilité d’accéder à la compréhension de processus contrôlant la mobilité, la biodisponibilité et le cycle biogéochimique des éléments essentiels et des éléments potentiellement toxiques dans l’environnement terrestre est devenue un thème scientifique de première importance. Cette session est l’occasion de faire un état des lieux de l’utilisation de la composition isotopique de ces éléments et de montrer l’avancement des développements particulièrement dans le domaine biogéochimique.


    Abstract:

     In the past fifteen years, a new instrumentation has opened the door to the analysis of stable isotopes of light elements such as non-traditional Li, Mg or Ca, but also and mainly transition elements such as Fe, Cu, Zn or other heavier elements. Biogeochemical processes are responsible for some of the most important isotopic composition variations among those identified so far for these elements. The ability to unravel processes controlling the mobility, bioavailability and biogeochemical cycling of essential and potentially toxic elements in the terrestrial environment has become a hot scientific topic. This session is an opportunity to make an updated inventory on the use of the isotopic composition of these elements and to show the latest developments, especially in the biogeochemical field.


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    Session 8.7 : Cycles biogéochimiques des contaminants en Arctique
    Session 8.7: Biogeochemical cycling of contaminants in the Arctic

    Responsables :

  • Lars-Eric Heimburger (GET, Toulouse)   heimburger@get.obs-mip.fr

  • Aurélien Dommergue (LGGE, Grenoble)   dommergue@lgge.obs.ujf-grenoble.fr


    • Abstract :

     Global change is affecting the Arctic environment in multiple ways. Arctic warming over the past three decades has modified cryosphere dynamics on land and ocean and affects both geochemical cycling and ecosystem responses. Economical activities in the Arctic are set to increase in the coming decades. This session invites contributions on the cycling of contaminants in the Arctic in relationship with climate change, ecology, and human activities. Contributions on Antarctica and ice-caps that are similarly affected by global change are welcome.


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    Session 8.8 : Geochemistry of salted solutions and Mobilization of hazardous trace elements in freshwater aquifers in response to CO2 leakage from deep geological storage

    Cette session résulte de la fusion des deux sessions initialement proposées ci-dessous.
    This session results from the merge of the two following sessions initially proposed.


    Géochimie des solutions salées : Etat de l’art et besoins futurs
    Geochemistry of salted solutions : State-of-the-art and future needs

    Responsables :

  • Laurent Andre (BRGM, Orleans)   l.andre@brgm.fr

  • Arnault Lassin (BRGM, Orleans)   a.lassin@brgm.fr

  • Pierre Cézac (LaTep, Pau)   pierre.cezac@univ-pau.fr


    • Résumé :

     Les saumures naturelles intéressent de plus en plus les industriels, que ce soit en termes d’extraction de substances dissoutes valorisables contenues dans ces eaux (lithium des salars, potassium, ...), de ressources en eau (dessalement), d’exploitations diverses des aquifères salins (stockage de CO2...), de gestion de résidus et/ou de problématiques qu’elles génèrent (problèmes d’encrassement induits par l’exploitation des fluides géothermiques et des saumures pétrolières dans les tubages, ...). Cependant, les saumures sont des systèmes géochimiques particulièrement complexes à cause des forces ioniques élevées qui rendent inapplicables les modèles d’activité ”classiques”. En conséquence, la modélisation géochimique de tels systèmes requiert l’adaptation et la mise en œuvre d’approches spécifiques capables de prendre en compte les différentes interactions physico-chimiques entre les espèces en solution. Les domaines d’application des modèles actuellement disponibles sont encore limités, que ce soit par le nombre d’espèces chimiques ou par l’extension en température et en force ionique. Plusieurs facteurs expliquent ces limitations : la robustesse des modèles, la quantité de données expérimentales sur lesquelles ajuster les paramètres des modèles, la cohérence et la qualité des paramètres d’ajustement renseignés dans les bases de données existantes. Parmi les problématiques récurrentes ou émergentes nécessitant des efforts particuliers, on peut citer le comportement des éléments traces, les réactions d’oxydo-réduction, et le comportement des microorganismes en milieu salé.

     Cette session a pour but de réunir des spécialistes des solutions salées, qu’ils soient expérimentateurs, modélisateurs ou industriels confrontés à la problématique de la caractérisation des saumures et à leur exploitation. Il s’agit :

    1. pour les expérimentateurs, de présenter les dernières avancées et les verrous technologiques actuels en matière de mesures spécifiques menées sur ce type de solutions (coefficient osmotique, mesures hygroscopiques, densité, solubilité, calorimétrie, caractérisation des sels, ...) ;

    2. pour les modélisateurs, de montrer quelles sont les potentialités mais aussi les limites actuelles des modèles et des codes de calcul géochimique et des procédés, ainsi que d’exprimer leurs besoins en données expérimentales pour calibrer leurs approches numériques ;

    3. pour les industriels, de présenter des cas concrets d’application et les verrous technologiques qu’il faudrait lever pour maîtriser la réactivité et la thermodynamique des saumures naturelles et industrielles.

     Cet échange et partage de connaissances au sein d’une même session est une opportunité pour favoriser la communication entre les différentes populations. En prenant connaissance de l’état des lieux et en appréhendant les besoins et les limites de chaque discipline, les participants auront davantage d’éléments pour identifier et proposer des pistes de progrès et des voies de recherche et développement pour les prochaines années.


    Mots clefs :

    Saumures, thermodynamique des systèmes salés, expérimentation, modélisation, solubilité des sels


    Abstract:

     Natural brines are of major interest for industrials, because of the valuable chemical elements dissolved in these waters (lithium, potassium ...), water resources (desalination), for exploitation of deep saline aquifers (CO2 storage ...), management of deposits (problematic of scaling in tubings during the exploitation of geothermal fluids and oil brines ...). However, brines are complex geochemical systems because of the high ionic strengths that prevent the use of « classical » activity models. Consequently, geochemical modeling of such systems requires the implementation of a specific approach able to consider the numerous physico-chemical interactions between the aqueous components in solution. The fields of application of the available numerical models are limited, in terms of chemical species and ranges of temperature and of ionic strength. Many factors can explain these limitations : the robustness of the model, the amount of experimental data from which model parameters can be adjusted, the coherence and the quality of the adjusted parameters implemented in the thermodynamic databases. Among the emerging issues needing specific efforts, we can quote the geochemical behavior of trace elements, redox reactions and the behavior of microorganisms in salted solutions.

     The goal of this session is to gather specialists of salted solutions, experimenters, modelers or industrials who are facing to the problematic of brines and salts characterization and to their exploitation :

    1. Experimenters can present the last developed technologies concerning specific measurements on this type of solutions (osmotic coefficient, hygroscopic measurements, density, salt solubility, calorimetry, salt characterization...);

    2. Modelers can show the potential but also the current limitations of the calculation codes, but also their needs of experimental data in order to calibrate numerical approaches;

    3. Industrials can present application cases and technological limitations that they have solved in order to manage the reactivity and the thermodynamic behavior of natural and industrial brines either used or produced in their facilities.

     This session is a good opportunity to favor exchanges and knowledge sharing between the different populations. By establishing this state-of-the-art and by understanding the needs and the limits of each discipline, the participants will have possibility to better estimate and identify the progress lines and some directions for the research & development in the coming years.


    Keywords:

    Brines, thermodynamic of salted solutions, experimental and modeling approaches, salt solubility


    Mobilization of hazardous trace elements in freshwater aquifers in response to CO2 leakage from deep geological storage

    Responsables :

  • German Montes-Hernandez (ISTERRE, Grenoble)   montesg@ujf-grenoble.fr

  • François Renard (ISTERRE, Grenoble)   francois.renard@ujf-grenoble.fr


    • Abstract :

     The possible intrusion of CO2 into a given freshwater aquifer due to leakage from deep geological storage involves a decrease in pH, which has been directly associated with the release and/or remobilization of hazardous trace elements via mineral dissolu-tion and/or via desorption processes. In recent years, this issue has been studied using numerical simulations, laboratory experiments and field tests. Generally, these studies have been conducted under different conditions and used different materials. For this simple reason, different conclusions have drawn regarding whether a particular hazar-dous trace element will be released or not and to what extent it will be released. This present session welcomes all experimental, modeling or field tests involving the CO2 intrusion in freshwater aquifers.


    Invited speakers:

  • Julie Lions (BRGM and CO2GeoNet) :  Potential impacts of CO2 geological storage on shallow groundwater quality

  • Philippe Négrel (BRGM) :  CO2-water-mineral reactions during CO2 leakage: Geochemical and isotopic monitoring of a CO2 injection field test


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