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Géosciences Rennes
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Equipe Géochimie des eaux et des interfaces (GEI)

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Contours de l’équipe

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Contrats

Membres de l’équipe

Permanents : Mélanie Davranche (PR ; IUF Junior 2012-2017, Directrice adjointe Géosciences-rennes), Aline Dia (DR, CNRS), Julien Gigault (CR, CNRS), Gérard Gruau (DR, CNRS), Emilie Jardé (CR, CNRS - responsable de l’équipe), Laurent Jeanneau (CR, CNRS), Rémi Marsac (CR, CNRS), Anne-Catherine Pierson-Wickmann (MC), Mathieu Pédrot (MC).

Doctorants, Post-doctorants : Edwige Demangeat (Doc), Marie Denis (Doc), Sen Gu (Doc), Elaheh Lofti-Kalahroodi (Doc).

Ingénieurs impliqués dans les projets de l’équipe : Martine Bouhnik-Le Coz (IE, CNRS), Marine Liotaud (IE, CNRS), Patrice Petitjean (IE, CNRS).

Notre équipe bénéficie des moyens techniques de l’atelier spécialisé Géochimie Elementaire et Moléculaire


Contours de l’équipe :

Les zones d’interfaces entre versants et réseau hydrographique constituent de véritables « hot spots » réactionnels dans les paysages. Comprendre les liens existant entre dynamique de l’eau, propriétés physiques et chimiques des sols, et processus réactionnels à l’interface eau-sol-biosphère est crucial. Les retombées évidentes visent la question clé de la protection des ressources en eau vis-à-vis des pollutions diffuses.

L’équipe GEI s’est spécialisée dans l’étude de la zone critique de la Terre au travers de recherches interdisciplinaires sur les processus et facteurs clés gouvernant le cycle, le traçage et le devenir des éléments traces métalliques (terres rares, arsenic…) et des composés organiques naturels et anthropiques dans les environnements de surface (eau, sol, bassin versant) et à leurs interfaces, y compris avec la microfaune, les éléments traces et composés considérés pouvant être sous forme dissoutes, colloïdales ou liés à des nanoparticules manufacturées.

Les démarches mises en oeuvre couplent des observations sur des sites de terrain instrumentés, des expérimentations en conditions contrôlées au laboratoire et de la modélisation numérique.


Principaux résultats récents :

Utilisation des terres rares (REE) comme sonde des interactions métaux-matière organique - ANR SURFREE 2008-2011.
Depuis 2000, notre équipe s’intéresse à la biogéochimie des REE dans les environnements de surface. Les spectres de Terres Rares des eaux organiques montrent une grande variabilité de formes. Nous avons démontré que ces différences de formes de spectres s’expliquent par l’effet combiné de la charge en REE et de l’hétérogénéité des sites participant à la complexation. Ceci a pu être mis en évidence grâce à des expérimentations en laboratoire. A partir des résultats expérimentaux, un modèle donnant accès à la spéciation des REE sur chacun des sites présents à la surface des AH a pu être généré en couplant le modèle générique de spéciation PHREEQC au modèe spécifique WHAM VI de compléxation des métaux par les AH. Les simulations réalisées en utilisant nos données expérimentales et celles de la littérature confirment les observations précédentes sur la variabilité des signatures en REE observées dans les eaux naturelles. Les REE pourraient alors servir de sonde des propriétés complexantes de surface des colloïdes organiques et minéraux.

Caractérisation et modélisation des intéractions entre matière organique, oxydes métalliques et métaux/métalloïdes : exemple de l’arenic- ANR ARSENORG 2011-2015.
L’arsenic (As), grand empoissonneur des aquifères, notamment dans les régions du sud-est asiatique, pourrait provenir des zones humides sus-jacentes. Ce programme de recherche vise à déterminer les mécanismes favorables à la libération de l’arsenic (As) en solution dans les zones humides (riches en matière organique et oxydes de fer) et les plaines alluviales. Le couplage expérimentation sur le terrain et analyse de la spéciation de l’As par imagerie Nani-Sims et synchroton (XANES et EXAFS) nous a permis de démontrer le rôle déterminant joué par les sites thiols (-SH) de la matière organique comme sites de complexation de l’As dans la phase solide de ces systèmes.

Traçage des sources de contamination fécale dans les eaux douces et marines- Marquopoleau 2009-2012 et Interreg IV Riskmanche 2012-2015.
Les contaminations fécales d’origine humaine ou animale contribuent à la dégradation des écosytèmes et affectent la qualité de l’eau avec des risques pour la santé publique par l’exposition à des agents pathogènes. Le concept « Microbial Source Tracking » s’est développé depuis une dizaine d’années, via l’utilisation de marqueurs microbiologiques et chimiques pour identifier l’origine de ces contaminations. Dans ces projets, nous utilisé les stanols fécaux couplés aux marqueurs microbiologiques (Bacteroïdales). Les marqueurs ont permis de déterminer l’origine de la contamination fécale dans 86 % des échantillons d’eau de trois bassins versants bretons. Les contaminations fécales sont majoritairement d’origine bovine (67 % des échantillons) et humaine (51 % des échantillons). 33% des échantillons d’eau présentent une origine mixte (humaine et animale) et 22 % des échantillons d’eaux sont contaminés par des apports d’origine porcine. L’utilisation combinée des marqueurs constitue la meilleure approche pour définir les sources de contaminations fécales dans les hydrosystèmes bretons.

Production et transfert du carbone organique dissous : du sol aux captages d’eau potable - EC2CO PRODYNAMOS 2012-2013 et ANR MOSAIC 2012-2016.
Les matières organiques dissoutes (MOD) jouent un rôle clé dans les hydrosystèmes via ses interactions avec la biosphère en tant que source de nutriments et avec les phases minérales et les contaminants organiques ou métalliques de part ses propriétés de complexation. Les sources et mécanismes de production des matières organiques dissoutes à l’échelle des paysage dans les bassins versants sont encore mal contraints. Sur le bassin versant de Kervidy-Naizin, labellisé Obersavatoire de Recherche pour l’Environnement (ORE Agrhys), un monitoring synchrone de la composition de la solution de sol, de la chimie de la rivière à l’éxutoire et de la dynamique de la nappe, nous a permis de mettre en évidence les couplages existants entre dynamique de nappe, mécanismes de production et sources de MOD dans ce bassin versant représentatif des bassins versants sur socle. Ces projets ont démontré la capacité des isotopes stables du carbone à fournir des traceurs quantitatifs de l’origine spatiale des matières organiques et des voies de transferts qu’elles utilisent pour atteindre le cours d’eau et ont démontré la capacité de la géochimie organique moléculaire à déterminer les types de précurseurs, végétaux ou microbiens, en lien avec la dynamique de la nappe.


Principaux contrats et projets de l’équipe GEI

- ANR JCJC : SURFREE et ARSENORG (resp. M. Davranche).
- ANR Agrobiosphère : MOSAIC (resp. L. Jeanneau).
- DGCIS-FUI : MARQUOPOLEAU (resp. E. Jardé).
- Interreg IVa : RISKMANCHE (resp. E. Jardé)
- UR1 Défis Emergents : Varia-MOD (resp. L. Jeanneau), NANOSOLEAU (resp. M. Prédrot), ISO-TRANS-FER (A.C. Pierson-Wickmann), NESSIE (A. Dia).
- CNRS EC2CO/INSU : BIOREFE (resp. A. Dia), PRODYNAMOS (resp A-C. Pierson-Wickmann), NanoOrgaTraces (resp. M. Pédrot), PHOSNAP (resp. G. Gruau).
- ONEMA/INRA : REMEDES (resp. E. Jardé)
- AELB : Trans-P (resp. G. Gruau), CREAM (resp. E. Jardé).

Publications de l’équipe GEI