RESEARCH PLAN & CALENDAR
METHODOLOGY
( 20-Aoû-2003 / cJ)


Pour atteindre nos objectifs, nous suggérons d’établir :

1) dans la colonne d’eau :

la distribution du baryum, des rapports 228Ra/226Ra et du carbone organique particulaire dans la phase dissoute, la phase particulaire phytoplanctonique, le zooplancton, les suspensions et les agrégats à différentes saisons, et cela au site DYFAMED.

Nous étudierons cette distribution de manière non destructive (diffraction X et/ou MEB) et par analyse chimique : lessivage et dissolution de la barytine, analyse par ICP/MS. Dans ce cadre, il est probable que deux lessivages seront effectués lorsque la quantité de matériel collectée sera suffisante : un lessivage léger (eau ou acide dilué) pour identifier la fraction de Ba biogénique labile et un en acide chlorhydrique pour dissoudre la barytine.

En outre, lors des sorties sur site, nous nous donnerons les moyens d’appréhender la production exportée par la mesure de 234Th dissous et particulaire. Ces résultats nous permettront de comparer les quantifications d’export de carbone estimées à partir de la barytine en suspension et de la relation de Dehairs et al (1997), à partir de la barytine piégée et de la relation de François et al (1995), à l’export de POC estimé à partir du déficit de 234Th total (comparé à sa valeur “ à l’équilibre ” avec l’uranium et du rapport POC/Th ; voir Coppola et al, accepté à Mar. Chem., 2001). Cette partie de l’opération implique la collaboration de JC Miquel (IAEA) qui est très intéressé par compléter à des saisons clés, la série temporelle de mesures qu’il réalise actuellement sur le site DYFAMED : ces informations nous permettrons de progresser aussi sur la connaissance de ce qui contrôle le rapport POC/Th et sa variabilité. La mesure des isotopes du Ra à 8 profondeurs sur la barytine en suspension et dans la phase dissoute aidera à mieux cerner la profondeur de synthèse du cristal. Nous compléterons nos informations par une description qualitative et quantitative de la matière particulaire plus grande que 100 micromètres ainsi que des espèces macroplanctoniques à l’aide du Profileur Vidéo Marin (G . Gorsky, LOV).

2) Sédiment (et pièges de fond) :

nous nous appuierons sur la méthodologie et les connaissances acquises par le projet BARYTINE (le rapport final sera adressé au comité PROOF fin février).

Pour mettre en évidence la source de baryum et quantifier sa réactivité, nous ferons des mesures de réactivité de la barytine sédimentaire en réacteur, ainsi que des investigations poussées sur le matériel des pièges à particules et les particules en suspension dans la colonne d’eau afin d’en mesurer la concentration en barytine et sa distribution en taille.

Nous proposons également de comparer la réactivité des particules issues de piège et les particules sédimentées dans des environnements divers comprenant différentes proportions de barytine, d’argiles, de matière organique et de silice biogène (Atlantique Tropical ou Antarctique). Les solides déjà disponibles et collectés dans les campagnes EUMELI et ANTARES continueront d’être étudiés et les résultats comparés à ceux obtenus sur le matériel récent du site DYFAMED (ce projet).

Les profils de concentration des eaux interstitielles ne peuvent à eux seuls permettre de trancher en faveur d’un contrôle du baryum dissous par l’équilibre avec la barytine. Les valeurs observées peuvent résulter également d’un contrôle cinétique des processus diagénétiques de dissolution/précipitation. La détermination expérimentale de la solubilité et de la cinétique de dissolution de la barytine est par conséquent un prérequis pour lever toute ambiguïté. Les solubilités apparentes seront déterminées au moyen d’un micro-réacteur agité à flux continu selon la méthode utilisée par Van Cappellen et Qiu (1997). Les débits injectés sont de l'ordre de 10 à 100 µL/hr. L’état stationnaire est atteint dans une période de 4 à 8 jours. Cette approche permet l'acquisition simultanée des valeurs de solubilité et des vitesses de réaction pour le mélange naturel. Nous utiliserons aussi des barytines extraites du sédiment (Van Beek, 2001) afin d’acquérir les cinétiques sur un pôle pur (90-100%).


A l'état stationnaire, les différences de concentration sont dues uniquement aux réactions nettes de dissolution ou de précipitation. En changeant le débit d'injection, la composition de la solution, les vitesses de réactions peuvent être déterminées pour une large gamme de degré de déséquilibre. Les échanges de matière entre sédiment et solution seront également suivis par la mesure des rapports isotopiques 135Ba/138Ba et 135Ba/137Ba en ICP-MS (incertitude 0.5 %) (Klinkhammer and Chan, 1990 ; Viollier, 1995). Le comptage des barytines “ biogéniques ” sera effectué avant et après expérience. Le bilan de masse dérivé de ces comptages sera comparé au bilan de Ba en solution.

 

PLAN - CALENDAR

Pour mener à bien nos travaux, nous demandons l’accès au site DYFAMED lors de 5 sorties en mer « greffées » si possible dans le cadre du Service d’Observation : en hiver (décembre 2002), au printemps en début et fin de bloom (avril, mai et juin 2003), ainsi qu’à la fin de l’été (août-septembre 2003).

Entre les campagnes de Décembre et Avril, tous les échantillons de décembre seront traités.

Entre les campagnes de Juin et Septembre, puis après Septembre, les autres échantillons seront traités. Nous prévoyons la fin des analyses pour fin 2003/début 2004 (E. Sternberg doit soutenir sa thèse fin 2004).

Au cours de ces sorties, nous nous donnerons les moyens d’échantillonner systématiquement :

Le temps de câble et de travaux en mer est de l’ordre de 20 heures pour chaque sortie (en comptant les repositionnements etc..) , excepté pour la sortie « carottage » qui fera 24 h.

- un profil vertical rosette pour Ba dissous et Ba sur les matières en suspension (0-2000 m : 1h30)
- deux déploiements de deux fois 4 pompes in situ avec filtres (MES) et cartouches de Mn (environ 2 x 6 h)
- profil de prélèvement sur 8 profondeurs pour les mesures de 228Ra/226Ra dans la fraction dissoute (20 à 40 L d’échantillon est nécessaire selon les profondeurs, soit environ 6h de cable)
- un trait de filet phytoplancton (1 h)
- un trait de filet zooplancton (1h)
- deux profils PVM (1h20 au total)

Pour une sortie (période post bloom), le déploiement d’un carottier multitubes sera opéré au droit du site (environ 4h).

En outre, les mesures systématiquement faites dans le cadre du Service d’observation (production primaire, carte pigmentaire, sels nutritifs, POC…) seront autant d’informations indispensables à une bonne interprétation de nos données. Elle seront à notre disposition (contact établi avec JC Marty).

L’analyse des phases particulaires se fera par une approche optique (photographie numérique, identification des espèces..) et électronique non destructive dans un premier temps (reconnaissance des espèces et identification de la barytine grâce au MEB : contacts pris au sein du “ Pôle de Géochimie Analytique de Toulouse ” avec JM Montel et l’école de chimie de Toulouse), puis chimique (mesure du POC, lessivages, dissolution acide et distribution de la barytine dans les différentes fractions) .

Sur des échantillons sélectionnés, une étude de la dissolution/réactivité sera faite au LSCE.

L’analyse du Ba dissous et des solutions de Ba particulaire se fera par ICP/MS (à Toulouse pour la partie terrain et à Saclay pour la partie cinétique expérimentale).

Les mesures précises des rapports 228Ra/226Ra de la barytine aux huit profondeurs seront effectuées par comptage gamma au laboratoire souterrain de Modane.

La cinétique expérimentale sera effectuée au LGE et la spéciation directe MEB/EDS des barytines au LSCE.

BARMED 
C.Jeandel
 
 
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