Expérience complémentaire

Figure 18 : Photo d’une plaquette longue de 40 cm recouverte de lépidocrocite pure incubée durant 5 mois dans le sol de la zone humide de Naizin

En parallèle à l’insertion des supports de 2x2 cm dans chaque horizon. Des plaquettes longues de 40 cm recouvertes de lépidocrocite ont été introduites verticalement dans le sol de

Horizon organo-minéral

Horizon albique

la zone humide de Naizin pendant 5 mois. La partie supérieure de la plaquette était donc en contact avec l’horizon organo-minéral et la partie inférieure avec les horizons albique et redoxique. La figure 18 montre les modifications survenues à sa surface. La partie située dans l’horizon organique, très claire indique que la lépidocrocite a été fortement solubilisée, la couleur noire est probablement due à des dépôts de particules organiques. La partie située dans les horizons sous-jacents indique une forte hétérogénéité du comportement des horizons eux-mêmes et entre eux. Ainsi des taches noires entourées d’une auréole plus claire mettent en évidence une dissolution et une néoformation minérale. La forme circulaire de ces taches est significative du développement de colonies bactériennes. Ces taches noires sont plus importantes et plus massives dans le haut de l’horizon redoxique. En fait, cet horizon correspond au niveau de battement nappe. Il subit donc très souvent des alternances de conditions redox. Les communautés bactériennes sont donc adaptées non seulement à l’oxydation du fer mais également à sa réduction, et donc très réactives. L’horizon albique lessivé homogène est moins réactif vis-à-vis du Fe. Des formations de rouilles vertes ont d’ailleurs été mises en évidence dans la partie supérieure de l’horizon redoxique (Bourrié et al., 1999).

A l’heure actuelle aucune analyse quantitative et minéralogique n’ayant été réalisée sur cette grande plaquette, la nature des précipités et les taux de dissolution générés ne sont pas encore connus.

5. Conclusions

Cette étude, qui a débuté il y a trois ans par la mise au point de systèmes expérimentaux novateurs et originaux, a abouti à la validation des techniques de supports recouverts d’oxyhydroxydes de Fe et des colonnes de sol anaérobie. La mise au point des supports permet l’étude in situ de la dissolution réductrice des oxyhydroxydes de Fe en conditions naturelles, c'est-à-dire directement au sein des horizons de sol. L’intérêt de cette technique est double. Elle permet d’acquérir des données quantitatives en fonction du temps mais également, en fonction des conditions du milieu : nature de la matrice du sol, flux d’eaux, conditions climatiques… Le deuxième intérêt de cette technique réside dans le fait que les oxyhydroxydes fixés sur les supports peuvent être facilement séparés de la matrice du sol. Les analyses minéralogiques peuvent alors être réalisées indépendamment de la matrice du sol, ce qui était, jusqu’à présent, impossible sans techniques séparatives (chimique ou physique) préalables.

Les expériences menées en colonne de sol anaérobie ont montré que les supports étaient tout à fait adaptés à l’étude de la réduction d’oxydes de Fe dopés en éléments. Les résultats mettent en évidence une forte dissolution des solides qui intervient par un processus d’altération de surface. La présence de biofilm bactérien et de colonies bactériennes indique que la dissolution est produite par voie biologique. Les conditions de réduction obtenues dans la colonne sont fortes aboutissant à des reprécipitation de sulfures de fer et probablement de magnétite. Les vitesses de dissolution obtenues sont plus rapides que les vitesses calculées sur le terrain ou que celles obtenues dans certaines expériences de laboratoire. Cette différence est probablement due à la complexation du Fe par les matières organiques du sol libérées par la réduction.

L’étude de terrain a fournit pour la première fois des données quantitatives de dissolution d’oxyde de fer in situ c'est-à-dire en tenant compte d’un grand nombre de variable pouvant intervenir sur le processus de dissolution réductrice dans le milieu naturel. Les taux de dissolution obtenus sont dépendants de la nature de la matrice du sol (dissolution plus importante dans l’horizon albique). Par contre, les vitesses calculées ne sont pas fondamentalement différentes des vitesses de laboratoire pour des expériences de dissolutions réductrices biologiques. L’observation des surfaces des supports au MEB et les analyses EDS montre que la matrice du sol influence le processus de dissolution réductrice des oxyhydroxydes de fer. En effet, il semble que dans des matrices riches en matière organique, la dissolution par voie biologique est le processus dominant et qu’elle aboutit à une forte dissolution des solides avec une reprécipitation plus faible de minéraux. On peut penser que, dans l’horizon organo-minéral, le Fe(II) libéré, se complexe à la matière organique dissoute de la solution de sol et ne peut donc plus, ou moins, reprécipiter sous une nouvelle forme minérale. Par contre, dans un horizon plus minéral et surtout plus réduit, la dissolution peut intervenir par voie biotique et abiotique (par exemple, réduction du Fe(III) par HS^-) et aboutir à la néoformation de nouvelles phases de type sulfure ou magnétite. Cette reprécipitation semble assez significative pour influencer le calcul du taux de dissolution de l’oxyde.

Il est à noter également que des sulfures ont été identifiés dans chaque horizon de sol après un temps plus ou moins long d’incubation, alors que dans certains horizons des SO4^2- étaient encore détectés dans la solution de sol. Ces expériences montrent donc que le sol a un comportement non homogène et que des réactions qui ont lieu à l’échelle du microsite ne sont pas identifiables par des analyses globales de la solution de sol.

IV. Rôle de la dynamique des matières organiques sur le transfert des éléments traces à