L’équipement scientifique "MultiWave 7000-Minéralisateur Micro-onde haute-Pression" est soutenu par l’allocation AES 2021 de Rennes Métropole


 AHLeGall    02/07/2021 : 09:29

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Allocation d'Equipement Scientifique / AES 2021 de Rennes Métropole

Figure 1 : MultiWave 7000, Photo : @Anton Paar

 

Afin de déterminer les quantités en éléments chimiques majeurs ou à l’état de trace dans des échantillons environnementaux, il faut être capable, avant toute analyse, d’extraire ces éléments chimiques de leur matrice. Cette extraction passe par une digestion acide (destruction de la matrice solide, liquide ou biologique). Une partie des travaux de recherche menée au sein de l’OSUR s’appuie, en effet, sur l’analyse dite élémentaire (concentrations en éléments majeurs et traces) d’échantillons environnementaux anciens ou actuels. Or, cette analyse n’est possible dans la majorité des cas qu’après destruction des matrices environnementales complexes et même parfois réfractaires. Le minéralisateur micro-ondes haute pression acquis (figure 1) via un projet porté par Aline Dia et Mélanie Davranche permet la digestion et donc l’analyse d’une grande diversité d’échantillons environnementaux sensu lato de la roche âgée de plusieurs millions d’année, jusqu’à la coquille d’escargot, la plante ou le ver de terre, en passant par les morceaux de poterie collectés sur les sites archéologiques ou des cocktails de contaminants plastiques et métalliques, et ceci avec une efficacité et une cadence bien supérieures à ce qu’il est aujourd’hui possible de réaliser au sein des laboratoires de l’OSUR. Pour certains échantillons environnementaux, la minéralisation requiert des conditions de température et de pression inaccessibles dans de simples réacteurs fermés sur plaques chauffantes ou même des systèmes micro-ondes classiques. Cependant, des développements récents tels que les digesteurs micro-ondes haute pression (autoclave) permettent désormais d’atteindre ces conditions et de digérer des échantillons environnementaux complexes et réfractaires. La haute pression permet une forte diminution de la consommation d’acide et permet au digesteur d’être extrêmement polyvalent puisqu’il permet simultanément la digestion de matrices variées, par exemple biologique et minérale, au contraire des systèmes classiques. Ce micro-ondes haute pression est inscrit dans la plateforme GeOHeLiS et bénéficie de son soutien technique. Bien que très performant, après une courte formation, le micro-onde haute pression pourra être utilisé directement par les utilisateurs, et notamment les doctorants.

Toutes les études mettant en jeu les métaux et notamment, les métaux toxiques, nécessitent la détermination des concentrations totales en métaux. Cette détermination passe par la destruction totale de la matrice solide, qui, comme expliquée précédemment, est réalisée avec plus ou moins de succès par les systèmes classiques. Cet équipement ouvre donc le champ des possibles comme par exemple, l’étude des polluants émergents tels que les terres rares à partir d’échantillons fortement minéralisés de mines ou des déchets sidérurgique, ou leur accumulation dans les organismes vivants, des organismes aquatiques ou terrestres jusqu’aux êtres humains (ex : Projet ITN Marie Slodowska-Curie-2019, PANORAMA porté par Géosciences Rennes – Mélanie Davranche et Aline Dia). Enfin, dans la cadre du projet CPER GLAZ, Géosciences-Rennes et l’OSUR ont pour projet l’acquisition d’un outil analytique extrêmement performant et de très haute précision, un spectromètre de masse multi-collecteur à plasma à couplage inductif (MC-ICP-MS). Cet équipement permet l’analyse des isotopes d’éléments chimiques stables tels que les métaux. L’analyse isotopique est un outil exceptionnellement puissant du traçage du transfert entre les différents compartiments environnementaux, actuels et passés, des éléments chimiques via l’analyse d’échantillons aussi divers que les roches, les eaux de surface ou souterraine), les sols, les organismes biologiques actuels (animaux et plantes) ou passés (fossiles), et les matériaux archéologiques. Seulement, ces analyses isotopiques ne sont possibles qu’après destruction des matrices solides des échantillons. En cela, le micro-onde haute-pression sera extrêmement complémentaire du projet d’achat de MC-ICP-MS.



A ce jour, deux exemples d’applications possibles de cet instrument ont été développés par l’équipe NanoBioGéochimie de Géosciences Rennes impliquant plusieurs doctorants de l’OSUR :
1. L’utilisation du minéralisateur a d’ores et déjà, permis de déterminer la charge en métaux lourds de débris plastiques collectés dans l’Océan Pacifique et sur des plages exposées au Gyre Atlantique nord (Figure 2). Il a ainsi contribué à montrer que ces débris plastiques, pour certains âgés de40 ans, sont riches en métaux lourds. Ces métaux y sont présents non
seulement, sous forme d’additifs (utilisés dans leur formulation en fonction des propriétés souhaitées) mais aussi, sous formes adsorbés à leur surface. Les métaux adsorbés sont issusde la dégradation par oxydation-UV des déchets plastiques qui libèrent les métaux additifs mais, en piègent à nouveau une certaine quantité sur leur surface oxydée très réactive. Ces travaux ont fait l’objet d’une publication dans Environmental Science: Processes & Impacts.



PEPSEA
Figure 2 : Plage de la baie Saint-Marie (Guadeloupe, France) exposée au Gyre Atlantique Nord recouverte de débris plastiques (Mission ANR-CNRS PEPSEA) © Cyril FRESILLON / PEPSEA / CNRS Photothèque



2. Cet équipement permet également une digestion efficace et plus rapide de végétaux ; digestion indispensable dans l’analyse des concentrations en métaux. Il permet ainsi de travailler sur l’évaluation de la compatibilité environnementale de phases colloïdales riches en fer, susceptibles d’être appliquées sur des sols contaminés dans un contexte de dépollution de ces sols par les plantes. Il s’agit de déterminer à la fois, a) l'effet des phases colloïdales de fer sur le développement, la physiologie de plantes utilisées en phyto-extraction, et le comportement de polluants inorganiques et b) de tester la potentialité d'un effet synergique en association avec des plantes pour la remédiation de sols contaminés. Par ailleurs, il permettra également dans le cadre du programme européen PANORAMA de travailler en étroite collaboration avec 3 universités européennes et une entreprise sur l’impact de la spéciation des terres rares sur leur phyto-disponibilité et éventuelle toxicité associée dans des environnements miniers abandonnés.



Pteridium Aquilinum
Figure 3. Exemple de plantes étudiées dans ce cadre avec Pteridium aquilinum



Contacts scientifiques
Aline Dia (CNRS, Géosciences Rennes) / @
Mélanie Davranche (Université de Rennes 1, Géosciences Rennes) / @


Communication OSUR

Alain-Hervé Le Gall (CNRS, OSUR multiCOM) / @








Cet article est de OSUR
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