Influence du feu sur la dynamique du chrome et du nickel à l'échelle des bassins versants ultrabasiques de Nouvelle-Calédonie

Influence of wildfires on chromium and nickel dynamics at the scale of ultramafic watersheds in New Caledonia

• Auteur / Autrice : Gaël Thery
• Direction : Cécile Quantin, Pierre Genthon, Julie Jeanpert, Damien Calmels
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 22/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Géosciences, climat, environnement et planètes (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Paris-Saclay (Orsay, Essonne ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : Alexandra Courtin-Nomade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Corinne Casiot, Michael Komarek, Jean-Lambert Join
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Corinne Casiot, Michael Komarek

Mots clés

Mots clés contrôlés

Qualité de l'eau

Sols

Minéralogie

Géochimie

Mots clés libres

Nickel

Chrome

Feux de forêt

Spéciation

Géochimie isotopique

Nickel

Chromium

Wildfires

Speciation

Isotope geochemistry

Résumé

Plus de 30 % des surfaces continentales sont impactées chaque année par les feux de forêt. Ces feux sont fortement influencés par les phénomènes climatiques naturels comme El-Niño, et leur fréquence et leur intensité ne cessent de s'accroitre en raison des changements climatiques actuels. Outre le caractère dévastateur pour la biodiversité, les feux représentent une réelle menace pour la qualité de la ressource en eau, car ils peuvent entrainer des contaminations en Eléments Traces Métalliques (ETM). En Nouvelle-Calédonie, les sols développés sur la Nappe des Péridotites sont naturellement riches en ETM comme le nickel et le chrome, et environ 3 % de l'archipel brûle chaque année. L'impact des feux sur la mobilité du Cr est d'abord explorée grâce à des expériences de chauffage en laboratoire où différents horizons de sols de Nouvelle-Calédonie sont soumis à des températures mimant les conditions rencontrées lors d'un feu de forêt (200, 400 et 600°C). Le Cr(III) initialement présent dans la goethite des sols n'est pas totalement incorporé dans l'hématite formée par transformation thermique de la goethite et une fraction est oxydée en Cr(VI). Cette transformation minéralogique résultant de l'action du chauffage serait donc un moteur majeur de l'oxydation du Cr(III) en Cr(VI), facilitant ainsi la mobilité du Cr dans les environnements de surface. Dans un second temps, la survenue et la persistance d'une contamination en nickel (jusqu'à 4200 µg/L) dans un captage d'alimentation en eau potable sur l'Ile des Pins au Sud de l'archipel suite à un épisode de feu est analysée. Le couplage d'analyses isotopiques du Ni et du S à l'analyse fine de la spéciation solide du nickel a permis de proposer un scénario expliquant l'évolution de cette contamination. L'épisode de feu en période sèche aurait permis l'oxydation des sulfures nickélifères présents dans les sols de la zone humide asséchée du bassin versant, et l'acidité ainsi produite aurait favorisé la dissolution des chrysotiles nickelifères notamment lors de la remise en eau de cette zone humide alimentant le captage. La persistance d'une contamination en Ni, même si décroissante sur les deux ans de suivi de cette étude, s'explique par la formation d'hexahydrite riche en nickel dans ces zones humides lors des périodes sèches. La remise en eau de ces surfaces lors des premières pluies, entraine la dissolution immédiate de l'hexahydrite expliquant la présence d'eaux riches en Ni et S jusqu'au captage.

More than 30% of continental surface is affected by wildfires every year. These fires are strongly influenced by natural climatic phenomena such as El-Niño, but their frequency and intensity are increasing as a result of current climate change. In addition to their devastating impact on biodiversity, fires represent a real threat to the quality of water resources, as they can lead to contamination by trace metals. In New Caledonia, soils developed on the Peridotite Nappe are naturally rich in trace metals such as nickel and chromium, and around 3% of the archipelago burns each year. The impact of fires on Cr mobility is first explored through laboratory heating experiments in which different soil horizons from New Caledonia are subjected to temperatures mimicking the conditions encountered during a wildfire (200, 400 and 600°C). The Cr(III) initially present in the soil goethite is not fully incorporated into the hematite formed by thermal transformation of the goethite, and a fraction is oxidized to Cr(VI). This mineralogical transformation resulting from the action of heating would therefore be a major driving force behind the oxidation of Cr(III) to Cr(VI), thus facilitating the mobility of Cr in surface environments. Secondly, the occurrence and persistence of nickel contamination (up to 4200 µg/L) in a drinking water supply catchment on the Ile des Pins in the south of the archipelago after a fire episode is analysed. The coupling of Ni and S isotopic analysis with a detailed analysis of solid nickel speciation enabled us to propose a scenario explaining the evolution of this contamination. The wildfire episode during dry season would have led to the oxidation of nickel-bearing sulphides present in the soils of the drained wetland in the watershed, and the acidity thus produced would have favoured the dissolution of nickel-bearing chrysotiles, particularly when the wetland supplying the catchment was re-watered. The persistence of Ni contamination can be explained by the formation of nickel-rich hexahydrite in these wetlands during dry periods. When these areas are re-watered during the first rains, the hexahydrite dissolves immediately, which explains the presence of Ni and S-rich waters in the water supply catchment.