Préparation et analyse des échantillons de sédiments

1.2.1. Découpage des carottes C1 et C2

Les carottes sédimentaires ont été extrudées des tubes en acier par chauffage doux de la surface latérale. L’opération a eu lieu en chambre froide à –5°C de sorte que les carottes sédimentaires extraites restent congelées pendant le découpage. Le découpage est effectué en condition

Stratégie de l’étude et méthodologie

évitant l’utilisation de graisse et le montage a été nettoyé à l’eau Milli-Q-UV et au méthanol de qualité Pestipur. La lame à dents de carbures placée sur la scie est de 0,63 mm d’épaisseur.

a b

c d

Figure 3 – Photos du laboratoire et du matériel de découpage. Dans le panneau du haut sont représentés le système scie/ table en acier inox (a) et la chambre froide où est effectué le découpage (b) ; dans le panneau du bas sont représentés le découpage d’un horizon de C1 (c) et le conditionnement des sédiments découpés (d).

Les carottes sédimentaires ont été découpées en tranches de 0,5 cm d’épaisseurs dans les 20 premiers centimètres puis, en tranches de 1 cm d’épaisseur entre la profondeur de 20 cm et le fond. La longueur de la carotte a été mesurée toutes les 10 tranches pour effectuer une évaluation de la perte de sédiment due à l’épaisseur de la lame. Le matériel et la lame de la scie ont été régulièrement nettoyés au méthanol. Les tranches découpées sont ensuite conditionnées dans des bocaux en verre calcinés à 450°C. Au préalable, une aliquote est échantillonnée pour la mesure de la porosité. Les sédiments ont été congelés à –20 °C puis lyophilisés. Une aliquote destinée aux analyses granulométriques a été prélevée. Les échantillons ont été tamisés à 2 mm (de rares particules ont été retenues dans le tamis) et les sédiments tamisés ont été broyés au mortier en agathe. Chaque échantillon homogénéisé a été séparé en aliquotes destinées aux

analyses élémentaires (C, H, N), aux mesures des radioéléments, aux analyses des éléments métalliques et des isotopes stables de Pb et aux analyses des contaminants organiques.

1.2.2. Bilan des observations visuelles

L’examen visuel de la carotte C1 tout au long du découpage a permis d’identifier un lithofaciès homogène de boue de couleur brun clair (Figure 4). Cette caractéristique suggère un apport continu de particules fines (en partie en provenance du Nil d’après Krom et al. 1999a).

Figure 4 – Tranche de sédiments obtenue lors du découpage de la carotte sédimentaire C1

L’examen de la surface de la carotte C1 montre une absence d’organismes vivants et même de squelettes mis à part quelques microfragments de coquilles. L’absence de macrofaune indique une faible bioturbation à la surface. Nous n’avons pas observé de couches de sédiments de couleur noire et aucune odeur de gaz soufré n’a pu être détectée, même dans le fond de la carotte, ce qui suggère une dégradation anoxique de la matière organique très limitée ou inexistante. De plus, le sable et les débris plus grossiers en provenance du littoral sont quasi absents. Les coupes transversales (Figure 4) montrent bien un aspect lisse, fin et homogène.

1.2.3. Analyse des radionucléides et datation de la carotte

Les mesures des radioéléments ont été réalisées sur des aliquotes (près de 3g) d’horizons de sédiments sélectionnés de la carotte C1 par Dr. S. Schmidt de l’université Bordeaux I (UMR 5805 EPOC). Les analyses de 210Pb (46,5 Kev), le 226Ra (351 Kev) et le 137Cs (661 Kev) se font par comptage gamma direct utilisant un détecteur germanium (Canberra, Ge volume 280 cm³).

Stratégie de l’étude et méthodologie

210Pb supporté est mesurée par son précurseur de la chaîne de radioactivité, le 226Ra. Le 210Pb en excès est calculé pour chaque horizon analysé par soustraction de l’activité du ²²⁶Ra de l’activité du ²¹⁰Pb total. Les erreurs de comptage du ²¹⁰Pb et du ²²⁶Ra et par suite du ²¹⁰Pbxs en excès varient entre 4,6 et 23%. L’erreur est plus importante dans les horizons les plus profonds. La masse des sédiments a été corrigée pour le contenu en sel en supposant une salinité de 38 g/l dans l’eau interstitielle.

1.2.4. Analyse de la composition élémentaire (C, N) et détermination de

δ

C et de δ

N

1.2.4.1. Principe

Cette analyse repose sur le principe de la combustion éclair à haute température (1800 °C) de la matière organique sous courant d’oxygène. Cela assure une conversion instantanée et quantitative de l’échantillon et de ses composés élémentaires en gaz de combustion. Dans l’analyseur, les gaz primaires de combustion de la matière organique sont entraînés par l’hélium (gaz vecteur) et passent au travers des catalyseurs (oxydation/réduction) pour former à la sortie du four de combustion les gaz N2, CO2, H2O et SO2. Les gaz ainsi obtenus, sont alors séparés par une colonne de chromatographie et détectés par conductibilité thermique (catharomètre).

1.2.4.2. Préparation des échantillons, analyses et calculs

Les mesures du carbone total et organique, de l’azote et du ¹³C et du ¹⁵N ont été réalisées sur les sédiments de la carotte C1 au sein du laboratoire de l’UMR 6250 « Littoral, Environnement et Société » de La Rochelle et au LBCO/IFREMER. Le dosage du carbone organique est mené sur une faible quantité (25 à 50 mg) de l’échantillon de sédiment réservé à cette analyse. Les échantillons sont séchés à l’étuve (60 °C). Trois réplicats de 1 à 2 mg sont prélevés et pesés dans des capsules d’argent sur une microbalance électronique. Avant l’analyse du carbone organique, les échantillons de sédiments sont décarbonatés. La décarbonatation est réalisée par application directe de HCL 0,5N et séchage à l’étuve. L’opération est répétée jusqu’à ce que l’effervescence cesse. Les capsules d’argent sont ensuite refermées et prêtes pour l’analyse du carbone organique. Les échantillons destinés à l’analyse du carbone total et l’azote sont préparés en triplicatas dans des capsules en étain et ne sont pas soumis au traitement acide. Une attention particulière est consacrée à la propreté du matériel utilisé puisque les quantités analysées sont très faibles et sont susceptibles d’êtres contaminées par des particules ambiantes. La précision analytique est de 1% (n = 10) pour le carbone et l’azote.

Le ratio atomique de Corg/Ntot est calculé en convertissant les masses en masses molaires. Le carbone inorganique (CI) est calculé par soustraction du carbone organique (CO) du carbone total et l’estimation du pourcentage de carbonate est obtenue comme suit :

Les mesures de δ13C et de δ15N ont été effectuées de manière simultanée avec l’analyse du carbone et de l’azote total par couplage d’un spectromètre de masse (Delta V Advantage de marque Thermo Scientific) à l’analyseur élémentaire (Flash EA 1112 également de marque Thermo Scientific). L'appareillage est calibré avec différents standards de l'IAEA ; pour le ¹³C (USGS 24, NBS 21, IAEA 600 et IAEA-CH-6) et pour le ¹⁵N (IAEA 600, N-1, IAEA-N-2, IAEA-NO-3). La précision des mesures (écart-type sur 10 échantillons de standards consécutifs et de même masse) est < 0.15 pm. L’étalon standard Vienna PeeDee Bilemnite (VPDE) et de l’azote atmosphérique sont utilisés pour calculer les ratios isotopiques de carbone et d’azote exprimés par la notation standard, à savoir la déviation en ‰ par rapport à ces standards. Le calcul se fait comme suit :

δX = [(Réch/Rstand) - 1] x1000 ‰

1.2.5. Analyse granulométrique

Les mesures ont été réalisées par le Pôle analytique des Eaux – Laboratoire d’analyse Brest Océan par diffraction laser (faisceau laser de 750 nm) avec un appareil Beckman-Coulter LS-200. Après homogénéisation manuelle d’un échantillon de sédiment lyophilisé et mise en suspension d’une quantité nécessaire à l’analyse dans de l’eau distillée, la mesure par diffraction laser de la granulométrie de 0 à 125 µm s’effectue par voie humide, en présence d’ultrasons. Les résultats sont exprimés en % volume/volume de chacune des classes granulométriques suivantes : < 2 µm, 2 – 10, 10 – 25, 25 – 63, 63 – 125 µm

1.2.6. Teneur en eau des sédiments

Cette mesure est réalisée sur le sédiment conservé dans un pilulier fermé à une température d’environ 4°C le plus rapidement possible pour éviter les pertes par évaporation (Tronczyński et al. 2005). La détermination se fait par pesée d’un échantillon de sédiment humide (mH) et après séchage de cet échantillon à 105°C (mS). La teneur en eau (Teau) est calculée par la différence des masses pesées et est exprimée en % :

1.2.7. Analyse des contaminants organiques et métalliques

Ces analyses sont effectuées aux laboratoires LBCO (Laboratoire de Biogéochimie des Contaminants Organiques) et LBCM (Laboratoire de Biogéochimie des Contaminants Métalliques) à l’Ifremer à Nantes. Les descriptions détaillées de ces techniques et les données de contrôle de qualité sont présentées en annexe I.

T_eau=^(mH− mS) ×100 m_H

Partie I – Archives sédimentaires dans le bassin Levantin : biogéochimie et historique de l’anthropisation

2. Le bassin Levantin : cadre géographique de l’étude