Contribution de l'altération et des apports atmosphériques aux transferts de matières en milieu silicaté : traçage par le strontium et les terres rares : cas du bassin versant du Strengbach (Vosges,France)

par Dominique Aubert

Thèse de doctorat en Géochimie

Sous la direction de Anne Probst et de Peter Stille.

Soutenue en 2001

à l'Université Louis Pasteur (Strasbourg) .


  • Résumé

    Dans les bassins versants silicatés, la neutralisation des apports atmosphériques acides s'opère grâce à la libération de cations basiques dans les eaux de drainage sous l'action des processus d'altération et d'échange au niveau de la roche et des sols. L'association de plusieurs traceurs géochimiques (Sr et Terres Rares) a permis de décrire de manière précise les mécanismes contrôlant les processus de l'altération qui conditionnent en grande partie les flux d'éléments chimiques exportés en solution dans ce type d'environnement. Pour la première fois sur un bassin versant expérimental (Strengbach, Vosges) un flux total annuel de Sr atmosphérique a été estimé. Nous avons également montré que l'origine des TR dans les solutions atmosphériques et les lichens est compatible avec des apports naturels dérivant de l'altération de la croûte continentale (lœss) mais également avec des apports anthropiques comme les engrais. Les horizons de surface des sols sont appauvris en TR moyennes à lourdes par rapport aux horizons profonds. La dissolution préférentielle de minéraux riches en TR moyennes à lourdes comme l'apatite semble être à l'origine de la mobilisation de ces TR. Par contre, les eaux de drainage (fractions dissoute et particulaire) montrent des distributions de TR qui sont progressivement enrichies en TR lourdes. En outre, le couplage des isotopes du Sr et du Nd indique la forte influence de l'apatite et des plagioclases (et inversement l'influence négligeable des apports atmosphériques) sur les compositions isotopiques des phases dissoutes et particulaires des eaux de surface. Une étude spécifique des isotopes du Sr dans les eaux du ruisseau du Strengbach a permis d'établir que les variations des rapports 87Sr/86Sr dans ces eaux peuvent être reliées aux variations de débit. On a également montré que différentes zones contributives conditionnent les variations de concentrations en Sr et les rapports 87Sr/86Sr dans les eaux du ruisseau selon les conditions hydrologiques.


  • Résumé

    In silicate catchments, weathering and exchange processes in soils and bedrock contribute to neutralize acid atmospheric inputs by the way of base cation release in drainage waters. In this study, we combined several geochemical tracers (like Sr isotopes and rare earth elements) to describe precisely the mechanisms controlling the weathering processes, which greatly influence the fluxes of chemical elements transported in surface waters. For the first time in the Strengbach experimental catchment, the annual atmospheric input of Sr has been quantified. We also demonstrated that REE in atmospheric solutions and lichens have a natural origin like terrigeneous particles (loess) but could also originate from anthropic inputs, particularly from the fertilizers. Compared to the deep soil horizons, the shallow soil horizons are MREE and HREE depleted. The selective dissolution of MREE and HREE-rich minerals like apatite mostly contribute to the mobilization of these elements in the soils. On the opposite, dissolved and suspended matter in the drainage waters show HREE enrichment. Moreover, Sr and Nd isotope show the strong influence of apatite and plagioclase dissolution on the isotopic composition of dissolved and particulate phases of the surface waters. A specific Sr isotopes study in the Strengbach streamwaters show that the variations of 87Sr/86Sr ratios are related to discharge variations. In this respect, we demonstrated that three different contributive areas influence the Sr concentrations and the Sr isotopic ratios in streamwaters depending on hydrological conditions prevailing in the catchment.

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Informations

  • Détails : 2 vol.(241,63 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.210-224

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  • Cote : Th.Strbg.Sc.2001;3922
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