Laboratoire
Institut des Sciences de la Terre d’Orléans
UMR 7113 CNRS/INSU-Université d’Orléans-BRGM
Responsable : Claude Le Milbeau
Personnels :
- Rachel Boscardin
- Nicolas Freslon
- Marielle Hatton
- Nathalie Lottier
Présentation :
La plateforme Géochimie Organique et MINérale (GEOMIN) possède un parc analytique unique en France, qui permet d’analyser la matière organique (MO) globale (taux de carbone, d’azote dans les sols, sédiments et eaux) jusqu’à l’échelle moléculaire (analyses de lipides, sucres, pesticides, polluants émergents, …) et isotopique (δ2H, δ13C, δ18O) . Cette plateforme réalise des analyses chimiques pour l’ensemble des chercheurs du laboratoire sur différents types d’échantillons (sols, tourbes, roche, eaux, végétaux, …).
Equipements
Géochimie moléculaire : Analyse des lipides et polluants |Analyse de la matière organique insoluble |Analyse des sucres et acides aminés | Spectroscopie UV-visible
Géochimie Globale
Type d’appareil : Pyrolyseur Rock-Eval (X2)
Marque et modèle : Rock-Eval 6 Turbo (Vinci Technologies)
Responsable technique : Rachel Boscardin
Correspondant scientifique : Mohammed Boussafir
Principe : Pyrolyse sous atmosphère inerte suivie d’une pyrolyse oxydative d’échantillons, mesure des composés hydrocarbonés, CO2 et CO2 émis.
Objectifs :
Détermination de la teneur en carbone organique. Détermination du degré d’hydrogénation et d’oxygénation de la matière organique Détermination du degré de maturité et/ou de décomposition
Echantillons traités : Sols, sédiments, roches, végétaux.
Pré-traitements : Broyage et séchage de l’échantillon.
Exemples de publications :
- Boussafir M., Sifeddine A., Foudi M., Jacob J., Corederio R.C., Spadano-Albuquerque A-L., Turcq B., 2012. Petrography and geochemistry studies of modern lacustrine sedimentary organic matter (Lake Caço, Maranão, Brasil). Relations between early diagenesis, organic sedimentation and lacustrine filling. Organic Geochemistry 47, p.88-98.
- Pichevin L., Bertrand P., Boussafir M., Disnar J-R. (2004). Organic matter accumulation and preservation controls in a deep sea modern environment : an example from Namibian slope sediments. Organic Geochemistry, 35, 5, 543-559.
- Disnar J.R , Guillet B. , Kéravis D. , Di-Giovanni C., Sebag D., 2003. Soil organic matter (SOM)
characterization by Rock-Eval pyrolysis : scope and limitations. Organic Geochemistry, 2003, 34, pp. 327-343 - Frédéric Delarue, Jean-Robert Disnar, Y. Copard, Sébastien Gogo, Jérémy Jacob, et al.. Can Rock-Eval pyrolysis assess the biogeochemical composition of organic matter during peatification ?. Organic Geochemistry, Elsevier, 2013, 61, pp.66-72.
- Di-Giovani C., Disnar J. R., Bichet V., Campy M., Guillet B., (1998). Geochimical characterization of Soil
Organic matter and variability of a post detrital organic supply (Chaillexon lake, France). Earth Surf. Process. Landforms 23, 1057-1069.
Type d’appareil : Analyseur élémentaire
Marque et modèle : Flash 2000 (Thermo)
Responsable technique : Marielle Hatton
Correspondant scientifique : Anaëlle Simonneau
Principe : Combustion et/ou pyrolyse d’échantillons et quantification des gaz produits.
Objectif : Détermination de la composition en C, H, N, S et O d’échantillons.
Echantillons traités : Sols, sédiments, roches, végétaux, verres.
Pré-traitements : Broyage et séchage de l’échantillon. Préparation expérimentale pour les verres + broyage + séchage
Résultats obtenus : Teneurs en C, H, N, S et O en %
Exemples de publications :
Type d’appareil : Analyseur de carbone et d’azote dissous
Marque et modèle : Shimadzu TOC-L
Responsable technique : Nathalie Lottier
Correspondant scientifique : Adrien Jacotot
Principe : La matière organique dissoute et particulaire, est composée notamment de carbone que l’on peut doser par l’emploi d’un COT-mètre. On distingue le carbone organique total (COT) et carbone organique dissous (COD), ainsi que le carbone inorganique (CI) qui correspond aux carbonates. L’analyse de l’échantillon se déroule en deux étapes. À la première étape, l’échantillon est acidifié avec de l’acide chlorhydrique pour atteindre un pH inférieur à 2 et purgé avec du O2 pour éliminer le CO2 ainsi formé. À ce point, l’échantillon contient seulement du carbone organique dissous. À l’étape suivante, un volume précis d’échantillon est injecté dans un four à 720°C contenant un catalyseur (Pt). Le carbone y est oxydé et libéré sous forme de CO2. Le gaz vecteur entraîne le flux gazeux de CO2 le long d’un circuit éliminant la vapeur d’eau par refroidissement, puis entre dans un détecteur infrarouge, qui mesure la concentration en CO2 permettant, via la courbe de calibration, de déduire la concentration massique en carbone de l’échantillon.
Objectifs :
- Détermination de la quantité de C organique et inorganique dissout dans les eaux
- Détermination de la quantité d’N dissout dans les eaux.
Echantillons traités : Eaux
Pré-traitements : acidification avec H3PO4, filtration à 0.45µm
Résultats obtenus : Teneurs en Carbone Organique Dissous, Carbone Inorganique Dissous, Carbone total Dissous et Azote total dissous.
Exemples de publications :
Type d’appareil : Analyseur élémentaire couplé à un spectromètre de masse de rapport isotopique
Marque et modèle : Analyseur élémentaire Flash EA 1112 (ThermoQuest) couplé à un CONFLOIII et à un spectromètre de masse DeltaPlus (ThermoQuest)
Responsable technique :
Correspondant scientifique :
Principe : Combustion d’échantillons et analyses des gaz produits par spectrométrie de masse de rapport isotopique.
Objectif : Détermination de la composition isotopique en δ13C et δ15N d’échantillons.
Echantillons traités : Sols, sédiments, roches, végétaux.
Pré-traitements : Séchage et broyage de l’échantillon précédés d’une décarbonatation.
Résultats obtenus : Composition isotopique en δ13C et δ15N de l’échantillon
Exemples de publications :
Géochimie Moléculaire
Analyse des lipides et polluants
Type d’appareil : Extracteur automatique
Marque et modèle : ASE 200 (Dionex) équipé d’un carrousel de 24 positions
Responsables techniques : Rachel Boscardin et Claude Le Milbeau
Correspondant scientifique : Claude Le Milbeau
Principe : Extraction des lipides et/ou de polluants des sols, sédiments, végétaux par macération à chaud (100°C) et sous pression (70 bars) dans un mélange de solvants.
Objectifs : Extraction des lipides ou des polluants
Echantillons traités : Sols, sédiments, végétaux, roches, tourbes.
Pré-traitements : Séchage (à 40°C ou lyophilisation) et broyage des échantillons
Résultats obtenus
Type d’appareil : Automate de SPE
Marque et modèle : Aspec GX271 (Gilson)
Responsables techniques : Rachel Boscardin et Claude Le Milbeau
Correspondant scientifique : Claude Le Milbeau
Principe :
- Adsoption de molécules organiques sur des phases spécifiques et désorption à l’aide d’un solvant organique
- Séparation de molécules organiques sur colonne de silice par une séquence de solvants de polarité croissante
Objectifs :
- Extraire et concentrer des molécules présentes dans des eaux
- Séparer les lipides en différentes familles chimiques pour simplifier les analyses
Echantillons traités : Eaux et des extraits lipidiques de sols, sédiments, végétaux, roches, tourbes.
Pré-traitements : Extraction avec l’ASE 200
Résultats obtenus : Différentes fractions contenant une famille chimique de molécules
Type d’appareil : Chromatographe en Phase Gazeuse couplé à un spectromètre de masse (GC-MS)
Marque et modèle : Trace GC Ultra (GC) couplé à un TSQ Quantum XLS (MS) avec passeur d’échantillons AS3000 (Thermo).
Responsables techniques : Rachel Boscardin et Claude Le Milbeau
Correspondant scientifique : Claude Le Milbeau
Principe : Séparation de molécules organiques par chromatographie phase en phase gazeuse puis identification et quantification par spectrométrie de masse
Objectifs : Identification et quantification de biomarqueurs moléculaires.
Echantillons traités : Sols, sédiments, roches, végétaux.
Pré-traitements : Extraction des lipides par ASE200, Séparation des extraits lipidiques totaux en fractions chimiques par Aspec GX271.
Résultats obtenus : Chromatogrammes, spectres de masse, concentration et diversité des biomarqueurs moléculaires dans les échantillons.
Avec canne d’introduction directe (Direct Insertion Probe, DIP et Direct Exposure Probe, DEP) : Spectres de masse d’extraits lipidiques totaux, spectres de masse de composés polaires et macromoléculaires purs.
Base de données de spectres de masse NIST 98 et Base de Données de l’OSUC. Nombreux standards (éthers méthyliques de triterpènes pentacycliques, méthoxyserratènes, acétates de triterpényles, triterpènes pentacycliques variés, alcanes, alcools, stérols, acides biliaires, HAP.
Exemples de publications :
- Dubois N., Jacob J., 2016. Molecular Biomarkers of Anthropic Impacts in Natural Archives : A Review. Frontiers in Ecology and Evolution 4, article 92, 16 p.
- Motuzaite-Matuzeviciute G., Jacob J., Telizhenko S., Jones M.K., 2016. Miliacin in palaeosols from an Early Iron Age in Ukraine reveal in situ cultivation of broomcorn millet. Archaeological and Anthropological Sciences 8, p.43-50.
- Le Milbeau C., Lavrieux M., Jacob J., Bréheret J.G., Zocatelli R., Disnar J.R., 2013. Methoxy-serratenes in a soil under conifers and their potential use as biomarkers of Pinaceae. Organic Geochemistry 55, p.45-54.
- Lavrieux M., Jacob J., Disnar J.R., Bréheret J.G., Le Milbeau C., Miras Y., Andrieu-Ponel V., 2013. Sedimentary cannabinol tracks the history of hemp retting. Geology 41, p.751-754.
- Lavrieux M., Bréheret J.G., Disnar J.R., Jacob J., Le Milbeau C., Zocatelli R., 2012. Preservation of an ancient grassland biomarker signature in a forest soil from the French Massif Central. Organic Geochemistry 51, p.1-10.
- Zocatelli R., Jacob J., Turcq B., Boussafir M., Sifeddine A., Bernardes M.C., 2010. Biomarker evidence for recent turf cultivation in Northeast Brazil (Lagoa do Boqueirão, RN). Organic Geochemistry 41, p.427-430.
- Jacob J., Disnar J.R., Boussafir M., Spadano Albuquerque A.L., Sifeddine A., Turcq B., 2005. Pentacyclic triterpene methyl ethers in recent lacustrine sediments (Lagoa do Caçó, Brazil). Organic Geochemistry 36, p.449-461.
Type d’appareil : Chromatographe en phase gazeuse couplé à un spectromètre de masse de rapport isotopique
Marque et modèle : Thermo Trace GC Ultra, couplé à un passeur d’échantillon AS3000, à un GC ISOLINK (Thermo), à un CONFLO IV (Thermo) et à un spectromètre de masse de rapport isotopique Thermo Delta V Advantage
Responsables techniques : Rachel Boscardin et Claude Le Milbeau
Correspondant scientifique : Claude Le Milbeau
Principe : Séparation d’une fraction lipidique par GC, conversion des molécules organiques en gaz (CO/CO2/H2) et analyse de ces gaz par spectrométrie de masse à rapports isotopiques.
Objectifs : Détermination de la composition isotopique en H (δ2H), C (δ13C) ou O (δ18O) de biomarqueurs moléculaires.
Echantillons traités : Extraits lipidiques, sédiments, roches, végétaux.
Pré-traitements : Extraction des lipides par ASE200, Séparation des extraits lipidiques totaux en fraction chimiques par Aspec GX271.
Résultats obtenus : Chromatogramme et compositions isotopique (δ2H, δ13C et δ18O) de biomarqueurs moléculaires
Exemples de publications :
- Berdagué P., Lesot P., Jacob J., Terwilliger V.T., Le MilbeauC., 2016. Contribution of NAD 2D-NMR in liquid crystals to the determination of hydrogen isotope profile of methyl groups in miliacin. Geochimica et Cosmochimica Acta 173, p.337-351.
- Terwilliger V.T., Eshetu Z., Disnar J.R., Jacob J., Adderley PW., Huang Y.S., Alexandre M., Fogel M.L., 2013. Environmental changes and the rise and fall of civilizations in the northern Horn of Africa : an approach combining δD analyses of land-plant derived fatty acids with multiple proxies in soil. Geochimica et Cosmochimica Acta 111, p.140-161.
- Garel S., Schnyder J., Jacob J., Dupuis C., Boussafir M., Le Milbeau C., Storme J.Y., Iakovleva A.I., Yans J., Baudin F., Fléhoc C., Quesnel F., 2013. Paleohydrological and paleoenvironmental changes recorded in terrestrial sediments of the Paleocene-Eocene boundary (Normandy, France). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 376, p.184-199.
- Terwilliger V.T., Jacob J., 2013. Introduction : Hydrogen isotopes as environmental recorders. Geochimica et Cosmochimica Acta 111, p.1-4.
- Bossard N., Jacob J., Claude Le Milbeau, Elisabeth Lallier-Vergès, Valery T. Terwilliger, Rachel Boscardin. Variation in δD values of a single, species‐specific molecular biomarker : a study of miliacin throughout a field of broomcorn millet (Panicum miliaceum L.). Rapid Communications in Mass Spectrometry 25, p.1-9.
- Jacob J., 2004. Water balance over the last 20,000 yrs in North-Eastern Brazil. Insights from the δD variations of fatty acids from a lacustrine series (Lagoa do Caçó). EAOG Newsletter 18, p.6-10.
Type d’appareil : Chromatographe en phase gazeuse
Marque et modèle : Autosystem XL (Perkin Elmer) équipé d’un injecteur split/splitless et d’un détecteur FID (x2)
Responsable technique : Nathalie Lottier
Correspondant scientifique : Claude Le Milbeau
Principe : Séparation de molécules organiques en phase gazeuse et détection/quantification par un détecteur à ionisation de flamme
Objectifs : Identifier et quantifier les lipides (ex. alcènones)
Echantillons traités : Extraits de sols, sédiments, végétaux, roches, tourbes.
Pré-traitements : Extraction des lipides par ASE200, Séparation des extraits lipidiques totaux en fraction chimiques par Aspec GX271. Dérivation nécessaire pour les acides et les alcools
Résultats obtenus : Chromatogrammes et abondance des lipides.
Analyse de la matière organique insoluble
Type d’appareil : Pyrolyseur couplé à un chromatographe en phase gazeuse et à un spectromètre de masse
Marque et modèle : Pyrolyseur CDS Pyroprobe 5150 couplé à une GC Thermo Scientific Trace 1310 et à un spectromètre de masse ISQ7000 (Thermo Scientific)
Responsables techniques : Claude Le Milbeau et Rachel Boscardin
Correspondants scientifiques : Claude Le Milbeau
Principe : Pyrolyse de sols/sédiments/végétaux, séparation des pyrolysats par CPG, identification et quantification par spectrométrie de masse
Objectifs : Caractérisation de la matière organique insoluble par pyrolyse flash ou par rampe de température
Echantillons traités : Sols, sédiments, végétaux, roches, tourbes.
Pré-traitements : Séchage et broyage de l’échantillon. Pyrolyse assisté par TMAH.
Résultats obtenus : Chromatogrammes, spectres de masse, abondance des phénols issus de la lignines, des acides, des sucres.
Analyse des sucres et acides aminés
Type d’appareil : Chromatographie Liquide Haute Performance (HPLC)
Marque et modèle : Spectra System P1000 (Thermo)
Responsable technique : Nathalie Lottier
Correspondant scientifique : Pascale Gautret
Principe : Séparation de molécules organiques en phase liquide puis détection par ampérométrie pulsée
Objectifs : Identifier et quantifier les sucres
Echantillons traités : Extraits aqueux de sols, sédiments, végétaux, roches, tourbes, fluide palléal.
Pré-traitements : Extraction à l’acide et extraction à l’eau. Pas de dérivation nécessaire
Résultats obtenus : Chromatogrammes et abondance de sucres.
Type d’appareil : Chromatographie Liquide Haute Performance (HPLC)
Marque et modèle : Spectra System P4000 (Thermo)
Responsable technique : Nathalie Lottier
Correspondant scientifique : Pascale Gautret
Principe : Séparation de molécules organiques en phase liquide puis détection UV (190 -> 300 nm)
Objectifs : Identifier et quantifier les acides aminés
Echantillons traités : Sols et solutions de sols, tourbes, végétaux, sédiments, biocarbonates, tapis microbiens.
Pré-traitements : Extraction à l’acide fort (HCl) puis neutralisation. Dérivation par ajout d’un chromophore. Cet appareil peut également fonctionner par gel filtration pour la collecte de fraction de divers poids moléculaires.
Résultats obtenus : Chromatogrammes et abondance des acides aminés
Type d’appareil : Chromatographe en phase liquide couplé à un spectromètre de masse de rapport isotopique
Marque et modèle : HPLC Surveyor (Thermo) équipé d’un passeur d’échantillon Surveyor, couplé à un LC ISOLINK (Thermo) et couplé à un spectromètre de masse de rapport isotopique Thermo Delta V Advantage
Correspondant scientifique : Pascale Gautret
Principe :
- Séparation de molécules par polarité (phase inverse) ou par taille (gel filtration), conversion chimiques des molécules organiques en CO2 et analyse du CO2 par spectrométrie de masse de rapport isotopique.
- Conversion de la matière (in)organique dissoute en CO2 et analyse du CO2 par spectrométrie de masse de rapport isotopique
Objectifs : détermination du δ13C de sucres, protéines, de la matière organique dissoute
Echantillons traités : Eaux, extraits de sols, de végétaux.
Pré-traitements : Extraction à l’acide et extraction à l’eau, filtration.
Résultats obtenus : Chromatogramme et composition isotopique de biomarqueurs moléculaires ou de la matière organique dissoute
Type d’appareil : Chromatographe en phase gazeuse
Marque et modèle : Autosystem XL (Perkin Elmer) équipé d’un injecteur split/splitless et d’un détecteur FID et d’un passeur d’échantillon
Responsables techniques : Nathalie Lottier et Claude Le Milbeau
Correspondant scientifique : Claude Le Milbeau
Principe : Séparation de molécules organiques en phase gazeuse et détection par un détecteur à ionisation de flamme
Objectifs : Identifier et quantifier les sucres (après dérivation)
Echantillons traités : Extraits de sols, sédiments, végétaux, roches, tourbes, eaux.
Pré-traitements : Extraction à l’acide et extraction à l’eau. Dérivation nécessaire
Résultats obtenus : Chromatogrammes et abondance de sucres ou des lipides.
Type d’appareil : Chromatographie Liquide Haute Performance (HPLC)
Marque et modèle : HPLC Alltech avec détecteur UV VUV-14D
Responsable technique : Nathalie Lottier
Correspondant scientifique : Pascale Gautret
Principe : Séparation de molécules organiques en phase liquide puis détection UV (190 -> 300 nm)
Objectifs :
- Dessalement d’échantillons aqueux après décarbonatation, par exemple.
- Quantification de traceurs dans les solutions du sol (bromures / fluorobenzoates)
Echantillons traités : Sols et solutions de sols, eaux.Pré-traitements : filtration
Résultats obtenus : Chromatogrammes et abondance des traceurs