Processus et mécanismes physico-chimiques et biologiques responsables du fractionnement des isotopes du calcium

Process and mechanisms physico-chemicals and biologicals that fractionate calcium isotopes

• Auteur / Autrice : Florian Cobert
• Direction : Peter Stille, Anne-Désirée Schmitt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie
• Date : Soutenance le 15/06/2012
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'hydrologie et de géochimie de Strasbourg (1997-2020)
• Jury : Président / Présidente : Michèle Trémolières
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Edward Tipper, Anne Poszwa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : T. Kurtis Kyser, Thomas Drouet de la Thibauderie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biogéochimie

Sols -- Teneur en calcium

Calcium

Mots clés libres

Isotopes du calcium

Fractionnement isotopique

Facteur de fractionnement

Expérimentations hydroponiques

Expérimentations en microcosmes

Plantes

Bactéries

Sols

Calcium isotopes

Isotopic fractionation

Fractionation factor

Hydroponic experiments

Column filled experiments

Plants

Bacteria

Soils

Résumé

Cette thèse a pour but d’identifier et de préciser les processus biotiques et abiotiques qui contrôlent le comportement du Ca et plus spécifiquement le fractionnement des isotopes du Ca à l’interface géosphère-biosphère-hydrosphère en combinant différentes études expérimentales (hydroponiques et microcosmes). Les résultats obtenus lors des expérimentations hydroponiques ont permis d’identifier 3 niveaux de fractionnement des isotopes du Ca au sein des végétaux, ces 3 niveaux de fractionnement sont induits par des mécanismes physico-chimiques qui enrichissent les organes de végétaux en 40Ca.Les résultats des expérimentations hydroponiques montrent également que l’évolution de la composition isotopique du Ca de la solution nutritive et des plantes suit une loi de fractionnement des isotopes du Ca à l’équilibre (αplantes/solution nutritive = 0,99858). Les expérimentations abiotiques en microcosmes, quant à elles, indiquent que la dissolution de l’apatite par des acides organiques ou inorganiques n’influence pas la signature isotopique en Ca de la phase dissoute résultante. À l’inverse, lors des expérimentations biotiques en microcosmes, seule l’action combinée des racines de pins et des bactéries sur un substratum d’apatite enrichit la solution qui percole en 44Ca de 0,22‰.

The aim of this thesis is to identify and to specify biotic and abiotic processes affecting the Ca behavior and specifically the Ca isotope fractionation at the geosphere/biosphere/hydrosphere interface by combining different experimental studies (hydroponic and microcosm).Results of hydroponic experiments allow to identify three Ca isotopic fractionation levels, which are driven by physico-chemical mechanisms and enrich the plant organs in the light 40Ca isotope. Moreover, the evolution of Ca isotopic composition of nutrient solution and plants follow an equilibrium law (αplants/nutrient solution = 0.99858).Abiotic column experiments show no Ca isotopic fractonation during apatite disolution, whatever the nature of the acid (mineral or organic). At the opposite, during biotic microcosm experiments, only the combined action of roots of scots pines and bacteria on apatite substratum enrich the percolate solution in heavy 44Ca of 0.22‰.