Capteurs voltammétriques et potentiométriques autonomes : vers la surveillance à long terme de la dynamique biogéochimique du soufre aux interfaces redox
par Leonardo Contreira Pereira
Thèse de doctorat en Océanographie chimique
Sous la direction de Nadine Le Bris.
Soutenue en 2012
à Paris 6 .
mots clés-
Résumé
Le cycle du soufre a une importance majeure en environnement marin. En particulier, les réactions d'oxydo-réduction impliquant la formation de sulfure par réduction des sulfates de l’eau de mer ou leur oxydation, catalysées par les métabolismes microbiens, jouent un rôle clé dans les transferts d'énergie au sein des écosystèmes et dans les processus de recyclage de la matière organique. Les panaches hydrothermaux caractérisés par le mélange turbulent de fluides riches en sulfure avec l’eau de mer ne sont pas les seules illustrations de ces systèmes dynamiques. Toutes les zones d’interface oxique-anoxiques sous l’influence de forçages hydrodynamique sont soumises à ces instabilités. À ce jour, cependant, la plupart des instruments disponibles pour la mesure in situ de sulfure sont limitées à des mesures sur le court terme (quelques heures), et les outils font largement défaut pour les mesures in situ en continu sur des durées de quelques jours à plusieurs semaines, ou au-delà. Dans ce contexte, les capteurs électrochimiques offrent plusieurs avantages, même si certaines limitations analytiques leur sont reconnues. Dans cette étude, l’électrode potentiométrique Ag/Ag2S, utilisée en laboratoire et in situ de longue date, et une nouvelle méthode voltamétrique basée sur une électrode d’argent ont été adaptées pour des mesures court terme en grande profondeur et appliqués et pour le suivi autonome en continu de la concentration en sulfure dans différents environnements profonds et peu profonds. Les limites et les avantages inhérents à chaque technique sont discutés et comparés, en relation avec différents objectifs scientifiques
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Titre traduit
= Autonomous voltammetric and potentiometric sensors : toward long-term monitoring of sulphur biogeochemical dynamics at redox-interfaces
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Résumé
Sulfur cycling is of major importance in the functioning of marine ecosystems. Particularly, microbial and chemically catalyzed redox processes involving sulfide formation or oxidation play a key role in energy transfer, including chemoautotrophy and organic matter transformation. The concentration and chemical speciation of this reduced sulfur compounds can change rapidly as a result of chemical, biological and physical processes. Systems driven by turbulent mixing of sulfidic fluids and seawater, such as hydrothermal vent plumes are obvious examples of these variable environments, but not the only ones. Any oxic-sulfidic interface under hydrodynamic control is potentially experiencing such instabilities. To date, however, most instruments available for in situ sulfide measurement are however limited to short-term use, and tools are still largely lacking for continuous in situ measurements over durations ranging from several days to weeks or beyond. In this context, electrochemical instruments offer several advantages, although recognized to suffer from some analytical limitations. In this study, the well-known potentiometric Ag/Ag2S electrode and a new bare-silver voltammetric method, that were previously adapted for short-term in situ sensing, have been applied for autonomous continuous sulfide monitoring in deep-sea and shallow waters. Their performances and advantages for new scientific approaches have been investigated. The limitations and advantages inherent of each technique are discussed and compared, with respect to different scientific purposes. The results are discussed in the light of the capacities of alternative in situ sensing techniques.
