Élaboration d'une nouvelle méthode pour l'analyse des métaux traces et des métaux liés aux conditions d'oxydoréduction dans un environnement sédimentaire marin

Mourgues, Claire (2011). Élaboration d'une nouvelle méthode pour l'analyse des métaux traces et des métaux liés aux conditions d'oxydoréduction dans un environnement sédimentaire marin. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 112 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Ce mémoire porte sur l’élaboration d’un nouvel outil (électrode de travail) et d’une nouvelle méthode pour la détermination des profils des métaux traces et des espèces chimiques dissoutes liées aux conditions d’oxydoréduction à l’interface eau-sédiment et oxique-suboxique-anoxique dans un environnement sédimentaire marin. La méthode développée est une technique in situ comportant des temps d’analyse courts, des conditions expérimentales simples et une excellente résolution spatiale. La méthode développée associe une technique électrochimique (électrodéposition par chronoampérométrie) et une technique par spectrométrie de masse (spectrométrie de masse avec un plasma à couplage inductif). Autour de cet objectif général, deux objectifs spécifiques ont été étudiés. Le premier objectif porte sur le développement d’un revêtement de bismuth. Il est nécessaire de recouvrir la surface de l’électrode par un revêtement de bismuth. Ce revêtement augmente la sensibilité de la méthode, permet une meilleure formation de l’aérosol lors de l’ablation laser (AL) et diminue l’impact de la couche de diffusion sur le transport de masse. Deux techniques électrochimiques ont été optimisées : une électrodéposition par chronoampérométrie et une électrodéposition à potentiel pulsée. Les deux techniques ont montré des résultats similaires et reproductibles. Le deuxième objectif spécifique porte sur l’application de la méthode élaborée dans un environnement sédimentaire marin contrôlé (microcosme). Tout d’abord, un profil des espèces chimiques dissoutes liées aux conditions d’oxydoréduction (Mn et Fe) déterminées par la méthode élaborée a été comparé à un profil déterminé par une méthode éprouvée (technique des microélectrodes d’or). La méthode élaborée serait en mesure de déterminer les espèces chimiques dissoutes et déduire les conditions d’oxydoréduction au travers des espèces chimiques dissoutes. Par la suite, le milieu d’étude a été contaminé en métaux traces (Cd, Pb), permettant l’application de la méthode élaborée à la détermination de profils du Cd à différents temps après la contamination et à l’application de la méthode élaborée à l’étude des ratios isotopiques du Pb. La méthode a montré une forte hétérogénéité du signal de Cd probablement due aux phénomènes de fractionnement liés à l’ablation de l’échantillon. Pour l’étude des ratios isotopiques du Pb, la méthode n’a pas montré de résultats satisfaisants en raison d’une limitation instrumentale. En conclusion, la méthode développée a montré des résultats préliminaires satisfaisants offrant des perspectives intéressantes pour la détermination des métaux traces et des espèces chimiques dissoutes liées aux conditions d’oxydoréduction dans un environnement sédimentaire marin. -- Mots clés : profils de métaux traces, fer, manganèse, conditions d'oxydoréduction, ratios isotopiques, interface eau-sédiment, interface oxique-suboxique-anoxique, revêtement de bismuth, électrodéposition, ablation laser, spectrométrie de masse. --
ABSTRACT : The objective of this thesis was to elaborate a new tool (a working electrode) and a new method for the determination of traces heavy metals profiles and dissolved species linked to redox conditions across the water-sediment and oxic-suboxic-anoxic interface in a marine sedimentary environment. The developed method consists of an in situ technique with rapid analysis, simple experimental conditions and high spatial. This method associates an electrochemical technique (electrodeposition by chronoamperometry) with mass spectrometry (Inductively coupled plasma mass spectrometry). Within that general thesis objective, two specific objectives have been studied. The first objective was to develop a bismuth coating. It is necessary to cover the electrode surface with a bismuth coating. This coating increases the method sensitivity, allowing a better aerosol formation during the laser ablation (LA) and diminishing the impact of diffusion layer on mass transport. Two electrochemical techniques were optimised: electrodeposition by chronoamperometry and pulsed electroplating. Both techniques led to similar and reproducible results. The second specific objective of this thesis was to apply this method in a controlled marine sedimentary environment (i.e. a microcosm). First, a profile of dissolved species (Mn et Fe) determined by this method was compared to a profile determined by an already existing technique (solid-state AuHg microelectrode technique). The method is efficient to determine redox conditions through these dissolved species. The studied environment was then contaminated by trace metals (Cd, Pb), allowing us to determine Cd profiles with the elaborated method, at different times across the experimental contamination and allowing to apply this method to the study of Pb isotopic ratios. The method showed an important variability of the Cd signal, probably due to the fractionation process linked to the ablation of the sample. For the study of Pb isotopic ratios, the method results were not satisfying due a limitation in the resolution of the instrument. In conclusion, the elaborated method showed satisfying preliminary results that offer interesting perspectives for the determination of trace metals and dissolved species linked to redox conditions in a marine sedimentary environment. -- Mots clés : traces heavy metals, iron, manganese, redox conditions, isotopic ratio, interface water-sediment, interface oxic-suboxic-anoxic, bismuth coating, electrodeposition, laser ablation, mass spectrometry.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Simard, Stephan
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	St-Louis, Richard
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en océanographie en vue de l'obtention du grade de maître en océanographie.
Mots-clés :	Analyse; Éléments traces métalliques; Métaux traces; Métaux; Oxydoréduction; Sédiments marins; Interface; Eau-sédiment.
Départements et unités départementales :	Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	21 févr. 2024 19:37
Dernière modification :	21 févr. 2024 19:40
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/2895

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