Rôle des argiles dans la préservation de la Matière Organique : exemple d'un environnement lacustre (le Lac Pavin, France
Résumé
Il est admis que l'adsorption de molécules organiques sur des argiles, en environnement aquatique, influence les taux d'apport des matières organiques vers le sédiment. Les interactions physiques et chimiques entraînent la floculation de complexes organo-minéraux. L'adsorption permet d'augmenter la masse des fractions organiques sédimentables et ainsi de réduire les risques de recyclage par dégradation bactérienne et/ou oxydation. D'autres études ont révélé que l'adsorption influence également le devenir de la matière organique dans les sédiments. Les contacts directs entre les minéraux argileux et les molécules organiques modifient l'accessibilité des composés organiques aux faunes benthiques et bactériennes. Beaucoup de travaux concluent, au vu de ces résultats, que l'adsorption sur des argiles est un mécanisme de préservation majeur, permettant l'incorporation des molécules organiques métabolisables dans les sédiments. La plupart de ces travaux basent leurs conclusions sur l'étude des sédiments seuls et rarement sur une analyse complète depuis la caractérisation du processus d'adsorption jusqu'à la préservation de la MO. Beaucoup de questions sur ce thème restent non soulevées. L'adsorption des molécules organiques sur les surfaces de minéraux argileux est-elle possible dès la colonne d'eau (avant la sédimentation)? Quelles réactivités adoptent en profondeur les complexes ainsi formés? L'adsorption est-elle un processus de protection des molécules organiques réellement efficace dans un milieu dynamique tel que la colonne d'eau? Le but de cette étude est de tester la possible adsorption de molécules organiques sur des minéraux argileux in situ, en environnement lacustre, à différentes profondeurs et pour des temps d'interaction variables. Pour cela, le comportement de molécules organiques naturelles en présence de saponites de synthèse (des smectites sodiques de hautes et basses charges) a été étudié dans les niveaux oxique et anoxique d'un lac de cratère méromictique : le Lac Pavin (Massif Central, France). Les argiles ont été positionnées dans des pièges, fermés par deux membranes hydrophiles Durapore® 0,45µm, et laissées en interaction avec les matières organiques dissoutes du lac pendant 3, 10 et 21 jours. Des analyses « Rock-Eval » ont montré la présence de carbone organique associé aux saponites après leurs interactions dans le Lac Pavin. L'échec d'extractions des molécules adsorbées par solvants organiques, même après saponification, suggère la création de liaisons très stables entre la matière organique et les particules argileuses. L'étude moléculaire par Pyro-GC/MS des argiles révèle la présence de n- et iso- alcools, n- et iso- alcanes et d'acides gras en concentrations remarquables. Les mêmes analyses moléculaires ont été réalisées sur les produits organiques extraits des eaux du lac, des algues macrophytes (qui se développent entre 2 et 7 mètres de profondeur) et des populations phytoplanctoniques qui se développent dans la colonne d'eau, afin de caractériser l'origine des fractions organiques adsorbées. Les résultats soulignent que les mêmes fractions moléculaires adsorbées sur les saponites se retrouvent dans les produits d'extraction des macrophytes et du phytoplancton. Les analyses ESCA révèlent une perte de sodium chez les deux saponites après interaction dans la zone anoxique, et sa possible substitution par du fer divalent. Cet échange suggère la prédominance d'une liaison par pont cationique, impliquant le fer divalent, pour expliquer l'adsorption de molécules organiques sur les argiles.