Étude de la structure moléculaire de la matière organique des sols

Study of the molecular structure of soil organic matter by new ways of chemical derivatization

• Auteur / Autrice : Céline Estournel-Pelardy
• Direction : André Amblès, Laurent Grasset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale, industrielle
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tourbe

Sucre

Lignine

Chromatographie en phase gazeuse

Dérivatisation (chimie)

Résumé

Ce travail a porté sur l'étude de la structure et, par conséquent, de la dynamique des bio(géo)macromolécules de la tourbière ombrotrophe de Frasne (Jura, France) par de nouvelles stratégies de dégradations chimiques. Une première partie a été consacrée à l'application de la méthode "Derivatization Followed by Reductive Cleavage" (DFRC) à la tourbe et aux substances humiques correspondantes. Impliquant la rupture des liaisons β-aryl éthers et affectant les motifs glycérols présents dans les biopolymères végétaux, elle permet l'analyse des monomères ligneux et des lipides macromoléculaires. Une comparaison avec les méthodes classiques d'analyse de la lignine, l'oxydation alcaline en présence d'oxyde de cuivre (II) et la thermochimiolyse en présence d'hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAH) a confirmé la capacité de la méthode DFRC à tracer la lignine dans différents sols et sédiments. Une seconde partie a tout d'abord porté sur la capacité de la thermochimiolyse préparative en présence de TMAH à analyser la cellulose et les sucres libres. Compte-tenu des différents mécanismes impliqués dans chaque procédé, elle apparaît comme une méthode complémentaire de l'hydrolyse acide, méthode courante pour l'analyse des sucres. Enfin, un nouveau procédé de thermochimiolyse multi-shot a été mis en place. Impliquant deux thermochimiolyses successives, la première en présence d'hexaméthyldisilazane à 300 °C et la seconde en présence de TMAH à 400 °C, il semble être un outil intéressant pour différencier certains composés "libres" de ceux plus intimement liés à la matrice organique complexe du sédiment étudié.

The purpose of this work was to study structure and, consequently, dynamics of bio(geo)macromolecules of the Frasne ombrotrophic peatland (Jura, France) by new ways of chemical degradations. The "Derivatization Followed by Reductive Cleavage" (DFRC) method was applied to a peat sample and its humic substances. By cleaving β-aryl ether bonds of ligneous units and affecting glycerol moieties present in aliphatic biopolymers, the DFRC method seems to be a suitable one for analysing lignocellulosic materials and macromolecular lipidic compounds. Comparison with methods commonly used for soils and sediments lignin analysis, CuO oxidation and thermochemolysis with tetramethylammonium hydroxide (TMAH), had confirmed the ability of the DFRC method for tracing lignin in soils and sediments. In a second part, it has been shown that TMAH thermochemolysis allowed the analysis and quantification of cellulose and free carbohydrates in a peatbog. Because of the different mechanisms involved in each process, TMAH thermochemolysis must be considered as a pertinent and complementary method of acid hydrolysis for the analysis of carbohydrates in complex environmental systems. Finally, a new multi-shot thermochemolysis was introduced for the analysis of organic matter in soils and sediments. Involving two successive thermochemolysis, the first one with hexemathyldisilazane at 300 °C analysed a particular pool of labile compounds. The second one with TMAH at 400 °C analysed compounds more strongly linked to the complex organic structure than the formers. It appears as an interesting tool to help deciphering the composition, origin and nature of soil and sediment organic matter.