Biogéochimie du sélénium dans différents milieux aquatiques (Lacs et estuaires).

Biogeochemistry of Selenium in different aquatic sytems (Lakes and estuaries)

• Auteur / Autrice : Andréa Romero Rama
• Direction : David Amouroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique et environnement
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Oleg Pokrovski, Corinne Casiot, Florence Pannier, Lenny H. E. Winkel, Yaron Be'eri-Shlevin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Oleg Pokrovski, Corinne Casiot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spéciation

Teneur en sélénium

Mots clés libres

Sélénium

Spéciation

HPLC-ICP-MS

Cycle biogéochimique

Eau douce

Selenium

Speciation

HPLC-ICP-MS

Biogeochemical cycling

Freshwaters

Résumé

Le sélénium (Se) existe dans les systèmes aquatiques sous différents états d’oxydation (VI, IV, 0, -II) et sous formes inorganiques et organiques. Le sélénate et le sélénite sont généralement mesurés et quantifiés dans des eaux naturelles, mais ne représentent généralement pas la teneur totale en Se, du fait de la co-existence de formes réduites de Se non identifiés. En raison de son rôle essentiel pour les organismes vivants, la caractérisation de ses composés est nécessaire pour mieux comprendre les transformations biotiques et abiotiques de Se et son devenir dans les systèmes aquatiques. Le sélénium étant présent à l’état de traces dans la plupart des milieux aquatiques, le développement de méthodes analytiques sensibles est nécessaire pour atteindre cet objectif. Les travaux dédiés à l’étude du cycle de Se dans les milieux aquatiques non pollués considérant l’ensemble de ses formes dissoutes (volatiles et non-volatiles) sont encore peu nombreuses justifiant davantage de recherches dans cette thématique.Dans ce travail, l’optimisation d’une séparation chromatographique à l’aide d’une phase stationnaire en mode mixte combinant phase inverse et échange anionique a permis la séparation simultanée de six composés inorganiques et organiques du sélenium. La méthode développée ainsi qu’une méthode sensible pour la détermination des composés volatils de Se, ont été appliquées en parallèle pour la première fois à l’étude du cycle de Se dans différents systèmes aquatiques en fonction des variations biogéochimiques et saisonnières. Dans un lac eutrophe stratifié (lac Kinneret, Israël), l’existence de Se réduit et plus probablement de composés organoséléniés produits par le phytoplancton et précurseurs de la volatilisation du Se a été mise en évidence. En conditions d’anaérobie, une diminution de la teneur en Se dissous suggère une réduction des espèces oxydées de Se vers ses formes réduites et son tranfert vers les sédiments. Dans les lacs oligotrophes de haute altitude (lacs des Pyrénées, France – Espagne), le séléniate a été la seule forme détectée dans l’eau représentant 63 % de Se total. Dans l’estuaire de l’Adour, l’influence de l’utilisation de fertilisants contenant Se sur les terrains agricoles du bassin versant a été démontrée par une corrélation positive des concentrations de Se et des ions nitrate dans l’eau, tandis que la transformation du sélénium en composés réduits et volatils semble favorisée du côté océanique pendant les périodes de production plus chaudes.

Selenium (Se) exists in aquatic systems in multiple oxidation states (VI, IV, 0, -II) in a wide variety of species. Selenate and selenite are generally found in natural waters but may not account for total Se content indicating the co-existence of unidentified reduced Se compounds. Due to the role of Se as a micro-nutrient for living organisms, the characterization of Se compounds must be done to better constrain Se biotic and abiotic transformations and fate in aquatic systems. Selenium occurring in trace amounts in most aquatic environments, sensitive analytical methods are required to achieve this goal. In addition, the number of studies reporting on selenium speciation and cycling in non-polluted aquatic environments is still limited claiming for more field investigations. In this work, the optimization of chromatographic separation based on mixed-mode stationary phase combining reverse phase and anionic exchange allowed the simultaneous separation of six inorganic and organic compounds. The developed method together with a sensitive method for the determination of volatile Se compounds, were applied in parallel for the first time to provide new insights on the Se cycle in different aquatic systems as function of biogeochemical and seasonal variations. In a stratified eutrophic lake (Lake Kinneret, Israel), the existence of reduced and most probably organic Se containing compound actively produced by phytoplankton was revealed and suggested as a precursor for Se volatilization. Meanwhile under anaerobic conditions, the reduction of oxidized Se species to reduced forms could result in Se removal to sediments. In oligotrophic alpine lakes (Pyrenees lakes, France - Spain), selenate was the major compound in water and represented 63% of total Se. Downstream in the Adour estuary, the influence of agricultural land use on Se inputs was demonstrated with a clear relationship between Se and nitrates water concentrations, while selenium uptake and transformation to reduced and volatile compounds was promoted seaward during warmer productive periods.