Interprétation du signal de fluorescence de la matière organique dans les spéléothèmes

Interprétation du signal de fluorescence de la matière organique dans les spéléothèmes.

Quiers M., Y. Perrette, J. Poulenard, E. Chalmin-Aljanabi, I. Couchoud, B. Fanget et E. Malet

Laboratoire EDYTEM, Université de Savoie


Presentation FROGs 2012 – M Quiers par Jeremy-Jacob

Résumé :

Les ressources karstiques sont très utilisées pour l’alimentation en eau à l’échelle mondiale mais présentent aujourd’hui de nombreux cas de contaminations diffuses, en particulier aux Polluants Organiques Persistants (POP). Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) représentent un groupe majeur de POP retrouvés dans les eaux souterraines. Ceci est expliqué par leur relargage important dans l’atmosphère et leur transport sur de longues distances. Ils sont ensuite transférés à la canopée et aux sols qui servent de compartiment d’interception et de stockage, avant leur relargage dans les eaux. Actuellement, plusieurs études se concentrent sur le transfert des HAP entre les différents compartiments ou à l’échelle du système karstique. Cependant, ces travaux concernent une échelle de temps courte (quelques années) et ne permettent pas d’avoir un aperçu de l’évolution de ces contaminations au cours du temps. Cette étude propose donc une approche rétrospective de ces pollutions à l’aide d’archives naturelles afin de comprendre le comportement et la dynamique de ces contaminations au cours du temps.

Plusieurs stalagmites ont été prélevées dans un réseau du massif des Bauges. Ce site est étudié depuis plusieurs années et présente l’avantage de combiner plusieurs facteurs climatiques et anthropiques favorables à la déposition des HAP (forte émission en vallée, anciennes activités de charbonnage et foresterie, couvert forestier, température moyenne faible, humidité importante…). Grâce à la qualité des méthodes de datation utilisables sur les spéléothèmes, une chronique des contaminations aux HAP sur les derniers 8000 ans pourra être obtenue.

Les cycles de déposition/volatilisation de ces derniers sont soumis à plusieurs facteurs environnementaux (couvert végétal, humidité, pluviométrie, couvert nival…). Il est donc important de décrire l’environnement, pour interpréter le signal HAP. Les spéléothèmes contiennent des marqueurs organiques piégés dans la matrice calcaire lors de sa formation. Ces derniers renseignent sur les conditions environnementales présentes au dessus de la grotte (type de couvert végétal, type de sol, activité pédologique, saturation des sols, …). Le carbone 13 du CO2 produit par les sols est un des marqueurs organiques le plus régulièrement employé. Cependant, son interprétation reste encore complexe du fait de tous les paramètres jouant lors de son transfert, et modifiant le signal initial. Le signal de fluorescence de la matière organique, mesurable dans les stalagmites, apparaît comme un outil intéressant, à la fois pour aider à l’interprétation du signal du carbone 13, mais également pour apporter des informations paléoenvironnementales complémentaires.

La plupart des études se sont intéressées aux lamines fluorescentes mais peu se sont focalisées sur la fluorescence intrinsèque de la matière organique. Dans cette étude, l’utilisation d’un scanner optique multi-sources (MUESLI) permet d’obtenir des Matrices d’Emission Excitation 3D. Cette technique permet une analyse globale des spectres, notamment des variations d’intensité qui renseignent sur la quantité de matériel organique fluorescent transmis au système. Elle offre également la possibilité de décomposer le signal en différents fluorophores. Leurs variations renseignent sur les types de matière organique (humique ou protéique) et les changements de prédominance de ces derniers. Le couplage des informations qualitatives et quantitatives offre un aperçu des flux et sources de la matière organique influencés par la pluviométrie, la saturation en eau des sols, le type de sol, le type de couvert végétal eux-mêmes contrôlés par plusieurs facteurs climatiques, et éventuellement anthropiques.

L’analyse de fluorescence d’une première stalagmite des Bauges a permis de reconstituer une chronique des changements environnementaux sur les derniers 5000 ans. La comparaison avec d’autres proxies devrait permettre de mieux éclairer ou confirmer ces changements. Cette reconstruction paléoenvironnementale vise, à terme, à expliquer les variations de pollutions aux HAP dans le massif des Bauges.

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