Etude du facteur minéralogique sur la solubilité et la spéciation redox du fer dissous dans le contexte biogéochimique du depôt atmosphérique des aérosols désertiques sahélo-sahariens

Study of mineralogy composition as critical factor of iron solubility and redox speciation in atmospheric deposition of sahelo-saharan dust in a biogeochemical context

• Auteur / Autrice : Emilie Journet
• Direction : Jean-Louis Colin, Karine Desboeufs
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie de la pollution atmosphérique et physique de l'environnement
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydoréduction

Aérosols atmosphériques

Minéralogie

Déserts

Pollution atmosphérique

Fer

Résumé

L'étude de la solubilité et de la spéciation rédox du fer d'origine désertiques en phase aqueuse atmosphérique est essentielle pour estimer l'impact des apports atmosphériques de fer sur la production primaire marine et donc sur le cycle biogéochimique du C. Ces travaux visaient à étudier les relations entre le statut minéralogique du fer et sa solubilité/spéciation rédox en phase aqueuse atmosphérique au cours du cycle atmosphérique des particules désertiques. J'ai mené en parallèle (i) une étude en laboratoire pour caractériser la solubilité et la spéciation rédox du fer dissous issu des différents minéraux qui constituent l'aérosol désertique et (ii) une caractérisation fine sur le terrain de la physico-chimie, de la minéralogie et de la solubilité/spéciation rédox du fer dans les aérosols désertiques et dans des pluies en Afrique de l'Ouest-Atlantique tropical. Les résultats émanant de ces travaux montre que parmi les minéraux typiquement trouvés dans les aérosols désertiques, ce sont les argiles qui contribuent majoritairement à libérer du fer en phase dissoute, au détriment des hydroxydes de fer jusqu'à présent identifiés comme les principaux fournisseurs de fer dissous. Les mesures réalisées sur le terrain permettent de conclure que cette approche originale, via la composition minéralogique de l'aérosol, pourrait, à terme, permettre de paramétriser la solubilité du fer, voir même son évolution au cours du cycle atmosphérique des particules. Les mesures réalisées dans les pluies révèlent toutefois qu'il est important de prendre en compte l'ensemble des facteurs d'influence et notamment l'effet de l'irradiation ou de la composition chimique de la phase aqueuse.

Studying dust iron solubility and its redox state in atmospheric aqueous phase is essential to estimate impacts of atmospheric inputs on marine productivity and hence on C biochemical cycle. The aim of this work was to study the link between the mineralogical state of iron and its bioavailability (solubility/ redox speciation) over dust atmospheric cycle. I led to (i) a laboratory study in order to establish a database for the solubility and the redox speciation of dissolved iron coming from various minerals which constitute dust and (ii) on the field, a precise characterization of physico-chemistry and mineralogy parameters and solubility/redox speciation of iron into dust and into "red" rains in the West Africa-Tropical Atlantic region. Main results proceeding from this work show that clay minerals are the major source of dissolved Fe. This conclusion challenges most of work leading actually in modelling for the estimation of fluxes, which considered iron oxides as the single source of iron into atmospheric deposition. Measurements made on aérosols allow concluding that this original approach, via mineralogical composition of aerosol, could be used to parameter the solubility of iron but not the redox state and maybe permit to evaluate the evolution of iron dust over the atmospheric cycle. In-situ measurements into rains show finally that it is essential to also take into account external