Support de présentation orale - LTHE

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Support de présentation orale - LTHE

21 mai 2010

M1 STE

Caractérisation d’un sol viticole :

Réactivités acide-base et analyses structurales des

fractions granulométriques

Présenté par

Valentin Wendling

Encadré par

Lorenzo Spadini

et

Aline Navel


Les sols : système sensible

Sols : Soumis aux contraintes antropiques

Rétention des polluants dans les sols (Pesticides, métaux, hydrocarbures...)

dépendant de la réactivité.

Rétention des cations → contrôlée par la réactivité aux protons

Titrage : La seul méthode qui permet de déterminer la réactivité globale d'un substrat

Phases solides :

Feldspath

Quartz

Argiles

Oxydes

Matière organique

Différente dans les

fractions granulométriques

2


Sol étudié

Projet interdisciplinaire MObiPo-Cu Cu 2+

Un sol unique (Parcelle viticole expérimentale de Mâcon Clessé) :

Non Amendé en matière organique (NA) (13,5 gC/Kg )

amendé en Composte de Conifère (CC)

(24,4 gC/Kg)

3


Sol étudié

Projet interdisciplinaire MObiPo-Cu Cu 2+

Un sol unique (Parcelle viticole expérimentale de Mâcon Clessé) :

Non Amendé en matière organique (NA) (13,5 gC/Kg )

amendé en Composte de Conifère (CC)

(24,4 gC/Kg)

Objectifs :

Caractériser la réactivité aux protons

Déterminer les phases réactives

Réactivité du sol total : déjà étudié (Jingjing Bu, 2008).

NA : 1,154 . 10 -4 mol/gms

CC : 2,03 . 10 -4 mol/gms

4


Plan

● Fractionnements granulométriques

● Titrages

> Méthodes

> Résultats

● Analyse des phases réactives

> Effet de la MO sur la réactivité

> Analyse minéralogique : DRX

● Conclusion

5


Fractionnements granulométriques

Séparation de 5 fractions

Fractions grossières :

par tamisage

Fractions fines :

par sédimentation

(Loi de Stokes)

sédiment

Pompage du surnageant

Résultat (granulométrie laser)

< 2µm 20-2 µm 63-20 µm 250-63 µm >250µm

10

Volume %

8

6

4

2

0

0,01 0,1 1 10 100 1000 10000

Taille des particules (µm)


Bonne séparation granulométrique

6


Titrages H + : théorie

Équilibres chimiques :

S-H S - + H + ; pK1, pK2, pK3, pK4 ....

exemples :

Matière organique MO-H MO - + H +

Minéraux Minéral-OH minéral-O - + H +

Modèle de sites réactifs discrets

Hs (mmol/gms)

[Tb]

Site b

pK : pH de déprotonation

[T] : concentration en sites

Modélisation :

[Ta]

Site a


Système chimique : GRFit

(ajustement des pK et [T] sur les données

expérimentales)

pKa

pKb


Incertitudes, traitement de données 7

Matlab/ Octave


Matériel titrimétrique

Burette automatique

Électrode pH

Arrivée de diazote

Injection de base

Titreur automatique

Réacteur

Barreau aimanté

Agitateur magnétique

8


Matériel titrimétrique

Base

Burette automatique

Électrode pH

Arrivée de diazote

Injection de base

H +

Titreur automatique

Réacteur

Barreau aimanté

Agitateur magnétique

Mesures de la quantité de protons échangés :

Protons libérés

H tot

= Acide−Base

H + =HsH tot

Hs=H + −H tot

9


Résultats de titrage

2.E-4

titrages des fractions du sol NA

titrages des fractions du sol CC

Hs (mol/gms)

Hs (mol/g de sol sec)

1.E-4

0.E+0

-1.E-4

-2.E-4

2 .E-04

1 .E-04

0.E+00

-1 .E-04

-2 .E-04

-3 .E-04

-3.E-4

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

pH

titra g e sd e sfra c tio n sd u so l CC

=> Fractions bien différentiées

=> Bonne reproductibilité

=> Na et CC peu différents

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

pH

>250µm 250-63 µm 63-20µm 20-2µm


Modélisation à 3 sites

2.E-04

NA 250 à 63 µm

1.E-04

Hs HS (mol/gms)

0.E+00

-1.E-04

-2.E-04

-3.E-04

duplicata 1

duplicata 2

données

moyennées

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

pH

11


Modélisation à 3 sites

Hs HS (mol/gms)

2.E-04

1.E-04

0.E+00

-1.E-04

-2.E-04

-3.E-04

pK=4,20

T = 1,25 E-4

NA 250 à 63 µm , modèle GRFit

pK=6,79

T = 9,94 E-5

pK=9,22

T = 1,33 E-4

duplicata 1

duplicata 2

données

moyennées

model GRFit

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

pH

Courbe très linéaire

➔ Il y a une multitude de pK

➔ Modèle sous-déterminé

➔ Difficile de conclure sur la nature des sites.

12


Zoom sur les non linéarités

2.E-04

NA 250 à 63 µm , linéaire aux moindres carrés

1.E-04

Hs HS (mol/gms)

0.E+00

-1.E-04

-2.E-04

-3.E-04

duplicata 1

duplicata 2

données

moyennées

lineaire

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

pH


Tendance linéaire


Ecart a la tendance => Faire apparaître les pH plus réactifs

13


Zoom sur les non linéarités

Sol NA

Sol CC

Écart à la droite de tendance (mol/gms)

pH

pH

Point d'inflexion (pK) à pH 4 et ~9

Association conceptuelle :

pK 4 : carboxyls

pK 9 : Amines


Methode adaptée pour déterminer les pK prépondérants


Il existe tout de même des consentration de pK

14


Titrage de sous fractions sans MO

Attaque a l'eau oxygénée (H 2

O 2

)

2,0E-04

1,0E-04

Titrage après destruction de la MO

CC 63-20 µm

• H 2

O 2

30%

0,0E+00

Avec MO


55°C


Agitation magnétique

Hs (mol/gms)

-1,0E-04

H 2

O 2

Avec MO


Une semaine

-2,0E-04

-3,0E-04

H 2

O 2

CC >250 µm

-4,0E-04


Réactivités très similaires

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

pH


Peu de contribution de la MO à la réactivité

15


Analyses des phases minérales

6000

argileuses par diffractométrie X

Lame Na 22b Lacem30 Air Dry

Phases non argileuses :

Les fractions sont assez semblables

Quartz

5000

Peldspadt potassique

illite /sm e ctite in terstratifié

Peldspadt saudique

Lin (Counts)

4000

3000

chlo rite

m u sco vite /illite

kaolin ite

kaolin ite

m usco vite/illite + q u artz

geutite

2000

muscovite/illite

1000

0

16

3 10 20 30 40

2-Theta - Scale


Analyses des phases minérales

6000

argileuses par diffractométrie X

Lame Na 22b Lacem30 Air Dry

Phases non argileuses :

Les fractions sont assez semblables

Quartz

5000

Feldspath potassique

illite /sm e ctite in terstratifié

Feldspath sodique

Lin (Counts)

4000

3000

chlo rite

Arg ile s g onfla nte s

m u sco vite /illite

kaolin ite

kaolin ite

m usco vite/illite + q u artz

goetite

2000

1000

muscovite/illite

G oe tite m ic roc ris ta lline

0

17

3 10 20 30 40

2-Theta - Scale


Conclusion

● Les réactivités des fractions granulométriques sont

bien distinctes.

● Les sols non amendé (NA) et amendé (CC) ont des

réactivité acide base assez similaire, malgré les

fortes différences de teneur en C.

● Les phases minérales contribuent significativement

à la réactivité.

18


perspectives


Analyses plus poussée des réactivités minérales


Analyses structurales des matières organiques


Affinité Cu-minéraux

19


Merci de votre attention

20


Questions

21

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