Suivi de complexation

La complexation des cations métalliques Cu(II), Pb(II) et Zn(II) par la MOD des points LM3 et GE04 a été suivie par spectroscopie de fluorescence. La titration des différents échantillons a été réalisée par additions successives d'une solution de sel métallique à 100 mL de solution de MOD à 5 mg C.L-1. La gamme de concentration du cation métallique s’étend de 0,1 à 150 μM. Le pH a été maintenu constant à une valeur de 6,8 tout au long de la titration par micro ajout de NaOH ou HCl. Après chaque ajout de métal, ajustement du pH et après 30 min de stabilisation (des tests cinétiques ont été réalisés au préalable), une MEEF a été enregistrée. La Figure 9 montre un exemple de MEEF, dans le cas de la complexation de Cu(II), par la MOD des point LM3 et GE04 avec les MEEF sans solution de Cu(II) et après ajout d’une solution de Cu(II) à 10, 80 et 150 µmol.L-1. On observe bien un quenching de fluorescence sur les MEEF (de c à h) et sur l’ensemble des massifs de fluorescence. Il faut toutefois noter que l’intensité de la composante 3 est trop faible, par rapport aux autres composantes, pour être visualisée sur les MEEF.

Chapitre III : Caractérisation de la MOD d’eau naturelle et complexation métallique

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Figure 9 : MEEF de la MOD du point GE04 (a) et LM3 (b) avant ajout de la solution de cuivre et MEEF après ajout d’une solution de cuivre à 10 (c et d), 80 (e et f) et 150 µmol.L-1 (g et h) pour la MOD de GE04 et LM3

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Dans l’étude précédente concernant la MOD le modèle PARAFAC a été obtenu en utilisant l’ensemble des points de prélèvement sur chacun des deux sites étudiés. Cela a eu pour conséquence l’obtention d’un signal de fluorescence « moyen » relatif à chaque site. Comme l’étude de la complexation des cations métalliques n’a été réalisée que sur un point de prélèvement, il nous a semblé plus judicieux de calculer un nouveau modèle PARAFAC caractéristique de ce point particulier du site étudié. Lors de la titration métallique, après chaque ajout métallique une MEEF est enregistrée et l’ensemble de ces MEEF est utilisée pour la réalisation du modèle PARAFAC. Par conséquent, les nouveaux modèles obtenus pour cette étude sont susceptibles d’être différents de ceux calculés précédemment.

a) Point LM3 de la Marque

La modélisation PARAFAC des titrations pour LM3 (64 MEEF), donne un modèle à trois composantes, dont les massifs et spectres d’émission et d’excitation sont représentés sur la Figure 10 et les principales caractéristiques sont regroupées dans le Tableau 4. Cet échantillon LM3 a trois composantes, deux du type humique et une du type protéinique.

Chapitre III : Caractérisation de la MOD d’eau naturelle et complexation métallique

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Figure 10 : Représentation des trois composantes et des spectres d’excitation et d’émission identifiés par PARAFAC dans le cadre du suivi de complexation de la MOD du point LM3.

87 émission

(nm)

excitation (nm)

des fonctions potentielles OPENFLUOR

C1 430 < 250

(320)

C (α) Type humique, de haut poids moléculaire, associé à une

activité biologique

C11, C12 (14 correspondances) C2 490 260 (375) A (α’) Type humique, de haut poids

moléculaire, fortement aromatique très répandu C21, C43 (12 correspondances) C3 340 285 T (ϒ) Type protéinique et tryptophane C52, C34 (2 correspondances)

Tableau 4 : Longueurs d’onde d'émission et d'excitation maximales ainsi que l'affectation des sources potentielles et des fonctions des composantes trouvés par l'analyse PARAFAC selon la littérature, dans le cadre

du suivi de complexation de la MOD du point LM3. Maxima primaires donnés sans parenthèses, maxima secondaires entre parenthèses. (Amaral, Graeber et al. 2016)1(Walker, Amon et al. 2013)2(Kamjunke, Nimptsch

et al. 2017)3(Shutova et al. 2014)4

b) Point GE04 de Germignies

De la même manière que pour LM3, la modélisation PARAFAC des titrations (64 MEEF) donne trois composantes dont les massifs et spectres d’émission et d’excitation sont représentés sur la Figure 11 et les principales caractéristique dans le Tableau 5. Comme pour LM3, la MO est composée de deux composantes type humique et d’une composante type protéinique.

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Figure 11 : Représentation des trois composantes et des spectres d’excitation et d’émission identifiés par PARAFAC dans le cadre du suivi de complexation de la MOD du point GE04.

89 émission

(nm)

excitation (nm)

des fonctions potentielles OPENFLUOR

C1 440 < 250

(315)

C (α) Type humique, de haut poids moléculaire, associé

à une activité biologique

C11, C12 (15 correspondances) C2 485 265 (375) A (α’) Type humique, de haut

poids moléculaire, fortement aromatique très répandu C23, C14 (25 correspondances) C3 385 <250 (290) T (ϒ) Type protéinique et tryptophane + inconnu 0 correspondance

Tableau 5 : Longueurs d’onde d'émission et d'excitation maximales ainsi que l'affectation des sources potentielles et des fonctions des composantes trouvés par l'analyse PARAFAC selon la littérature, dans le cadre

du suivi de complexation de la MOD du point GE04. Maxima primaires donnés sans parenthèses, maxima secondaires entre parenthèses. 1Amaral, Graeber et al. (2016) 2(Walker, Amon et al. 2013) 3(Graeber, Gelbrecht

et al. 2012) 4(Shutova, Baker et al. 2014).

c) Comparaison des modèles PARAFAC

Les composantes obtenues pour les deux modèles PARAFAC réalisés pour l’ensemble des échantillons de la Marque présentent quelques différences. En effet, les composantes C1 et C2 obtenues pour le modèle caractéristique de la MOD sont inversées pour le modèle où seule la station de prélèvement LM3 est étudiée. C3 n’est pas modifiée. De plus la composante C4 n’est pas présente. L’échantillonnage de LM3 pour le suivi de complexation a été effectué au mois de février 2017. A cette même période en 2016, lors du suivi de la composition de la MOD, C4 était faiblement présente comparé aux autres mois de l’année. Cette comparaison démontre une nouvelle fois la variabilité de la composition de la MOD sur la rivière de la Marque. Pour Germignies très peu de différences sont observées pour les deux modèles PARAFAC. Seul 5 nm de différences sont observés pour C1 et C2. Toutefois pour la composante C3, le massif obtenu pour le point GE04 est un peu plus étendu que celui obtenu pour l’ensemble des points de Germignies. Ceci laisse supposer pour ce point la présence de substances supplémentaires qui contribuent à la fluorescence.

En ce qui concerne maintenant la MOD des deux échantillons sélectionnés pour le suivi de la complexation des différents cations métalliques, celle-ci est globalement similaire : on retrouve les trois mêmes types de composantes, c’est-à-dire deux composantes du type humique (C1 et C2) et une composante du type protéinique (C3). Cependant lorsque l’on compare les maxima des différents

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massifs, on observe des différences plus ou moins importantes : elles sont faibles dans le cas de C1 et C2 (de l’ordre de 5 nm) et plus marquées pour C3 avec 45 nm de différence pour le maximum d’émission du massif des substances protéiniques. Le massif de fluorescence de C3 pour le site de Germignies s’étale largement dans les grandes longueurs d’onde d’émission (bien au-delà de la fluorescence des tryptophanes), ce qui confirme de nouveau la présence d’autres substances fluorescentes que les protéines qui participent à cette composante.