Modélisation de la diagenèse précoce de l'arsenic en milieu lacustre.

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\nce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce 
\nrésumé peut être lue en PDF.<br /><br /> Cette recherche avait pour but: i) de déterminer les taux nets des réactions impliquant
\nl'arsenic (As) dans les sédiments lacustres lors de la diagenèse précoce, ii) d'identifier les
\nréactions qui contrôlent sa mobilité et d'en déterminer les vitesses, Hi) de reconstituer les
\nvariations historiques de la contamination de l'atmosphère par l'As en utilisant les sédiments
\ncomme archives environnementales et iv) de modéliser le couplage géochimique arsenic-
\noxygène-carbone-fer-soufre pour prédire la capacité des sédiments à séquestrer l'As.
\nL'étude a porté sur deux lacs du Bouclier canadien et deux lacs des Appalaches, dont
\nles bassins versants sont peu perturbés par l'activité humaine. Dans chacun des lacs, les
\ndistributions verticales du pH et des concentrations en As, Fe, Mn, sulfure (∑S-II), soufre zéro-
\nvalent(∑S0), cations majeurs (Na, K, Mg et Ca), anions majeurs (F⁻, C1⁻, SO2*4, et NO⁻3), C
\norganique et C inorganique ont été déterminées dans l'eau interstitielle des sédiments. Les
\nactivités en 210Pb et l37Cs et les teneurs en As, Fe, Mn, Al, S total, S inorganique réduit et C
\norganique ont aussi été déterminées dans des carottes de sédiments prélevées aux mêmes sites.
\nLes sédiments d'un des lacs ont en outre été incubés dans le but de mesurer les vitesses de
\ndégradation de la matière organique.
\nLes profils d'As dissous ont d'abord été interprétés à l'aide d'un modèle cinétique
\ninverse afin de dévoiler les taux nets des réactions dans lesquelles l'As est impliqué et pour
\ndéfinir objectivement les couches sédimentaires où elles se produisent. Les réactions
\nsusceptibles de survenir ont ensuite été identifiées à l'aide de calculs thermodynamiques
\nconsidérant l'ensemble du jeu de données géochimiques. Ces informations ont permis
\nd'émettre des hypothèses plausibles sur les réactions qui séquestrent ou remobilisent l'As dans
\nles sédiments, puis de calculer leurs constantes de vitesse.
\nDans les sédiments où se forment des oxyhydroxydes de Fe, la mobilité de l'As est
\ncontrôlée par son adsorption sur ces phases minérales. Nous avons déterminé que cette
\nréaction est relativement lente en milieu naturel, contrairement à ce qui est généralement
\nobservé en laboratoire. Dans les eaux où l'on retrouve des sulfures, l'As dissous est fixé en
\nphase solide par adsorption sur les sulfures de Fe. Nos calculs, fondés sur un ensemble de
\nconstantes thermodynamiques nouvellement proposé dans la littérature, suggèrent que la
\ntransformation de l'arsénite (HA₃s¹¹¹O°₃ en oxythioarséniates (HxAsvSnOx-3 4-n) favorise la
\nséquestration de l'As dans les sédiments. Des études en laboratoire devront être entreprises
\npour vérifier que cette réaction est bel et bien possible et si elle doit être incluse dans les
\nmodèles de la diagenèse de l'As dans les sédiments.
\nNous avons ensuite comparé les profils d'As dans les sédiments de deux bassins
\nadjacents dans un même lac; l'un dont la colonne d'eau est oxygénée en permanence et l'autre
\ndont l'hypolimnion est saisonnièrement anoxique. Les résultats révèlent que la stratigraphie de
\nl'As était très différente dans sédiments des deux bassins, en raison de la présence abondante
\nd'oxyhydroxydes de Fe dans les sédiments du bassin dont l'hypolimnion est oxygéné en
\npermanence. Les taux nets des réactions de l'As estimés précédemment ont servi à quantifier
\nla redistribution post-dépôt de l'As et à corriger les enregistrements sédimentaires. En
\nappliquant ensuite une correction basée sur l'inventaire du 210Pb mesuré, normalisé à
\nl'inventaire du 210Pb atmosphérique, on a pu réconcilier les variations chronologiques du flux
\nde l'As atmosphérique vers les deux bassins. Les apports d'As atmosphérique dans la région
\nde Québec ont culminé vers 1950, en raison de l'usage domestique du charbon comme source
\nd'énergie pour le chauffage des habitations. Nous avons également appliqué cette méthode
\naux profils d'As mesurés dans les sédiments des lacs de la région des Appalaches, ce qui a
\npermis de révéler que l'influence de la fonderie de métaux de Murdochville sur la
\ncontamination de l'atmosphère par l'As était maximale vers 1980. 
\nEnfin, les informations sur les réactions de l'As et sur la chronologie de son dépôt
\natmosphérique ont permis d'établir respectivement les paramètres cinétiques et les conditions
\nlimites d'un modèle de transport-réaction direct. La calibration du modèle a été effectuée en
\nutilisant les données du bassin oxygéné du Lac Tantaré. Le modèle a été utilisé pour
\ninterpréter les profils d'As dans l'eau interstitielle et les sédiments et pour simuler le
\ncomportement de l'As lors de changements environnementaux. En particulier, le modèle a
\nrévélé que la contamination de l'atmosphère en SO2-4, à l'origine des pluies acides, a
\nvraisemblablement augmenté la capacité des sédiments dans des lacs du Québec à séquestrer
\nl'As en favorisant la formation de sulfures de Fe. L'adsorption de l'As sur les sulfures de Fe
\npermettrait l'enfouissement de ~10% de l'As actuellement déposé à l'interface eau-sédiment
\nau site d'étude. Le modèle prédit que ~15% de l'As déposé est maintenu captif dans la boucle
\nrédox associée au recyclage de Fe(OH)₃(s) près de l'interface eau-sédiment, alors que ~75%
\nest retourné vers les eaux sus-jacentes sous forme dissoute et ce, en dépit de la présence d'une
\ncouche d'oxyhydroxydes de Fe dans les sédiments de surface.

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