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Le groupe de recherche 'Biogéochimie de surface' de l'UMR 6118 s'attache depuis plusieurs années à l'étude d'éléments clefs, remarquables par leur comportement biogéochimique ou capables de tracer les processus de contrôle de la chimie des eaux continentales. Parmi ces éléments, le groupe de Biogéochimie s'est plus particulièrement intéressé aux terres rares (rare earth elements, REE). Après avoir été utilisées comme traceurs des grands processus géologiques (genèse du magma, évolution de la croûte terrestre…), les REE ont ensuite été largement employées comme traceurs des interactions eau/roche. Les REE doivent leur aptitude à tracer les processus géochimiques à la forte cohérence de leurs propriétés chimiques. Cependant, même si les capacités de traçage des REE ont été largement utilisées les mécanismes biogéochimiques responsables de leur distribution au sein des environnements de surface restent, à l'heure actuelle, mal contraints. De plus, si beaucoup de travaux de recherches se sont focalisés sur la complexation en solution des REE, peu, au contraire, se sont intéressés à l'influence des réactions survenant à l'interface solide-liquide et à la compétition de différentes surfaces entrent elles pour l'adsorption des REE. Ceci soulève de nombreuses questions parmi lesquelles : Les règles d'additivité sont-elles respectées ? Quel est l'impact des cinétiques de réactions ? Ce projet a donc pour but de fournir les éléments nécessaires à une meilleure compréhension du rôle des réactions de sorption et de leur cinétique sur la distribution des terres rares dans les eaux naturelles. Notre objectif est de quantifier et de modéliser (construction d'un model thermodynamique) les processus de sorption des REE à la surface de différents solides intervenant simultanément ce qui est le cas dans le milieu naturel. Le projet sera construit en quatre étapes : (1) étude expérimentale de l'adsorption de REE à la surface de solides 'modèles' (argiles, oxydes de fer, bactéries…), (2) étude expérimentale de la compétition de plusieurs solides 'modèles' pour la sorption des REE, (3) construction d'un model thermodynamique capable de prédire la spéciation des REE en solution interagissant avec plusieurs phases solides compétitives, (4) test du model de spéciation des REE en fonction des différents paramètres physico-chimiques (pH, Eh, force ionique) et ligands en solution (sulfate, carbonate, phosphate…). L'originalité de ce projet réside dans la variété des méthodes expérimentales utilisées elles-mêmes basées sur le développement de nouvelles techniques expérimentale et analytiques. En effet, étudier la compétition entre différentes phases solides pour l'adsorption des REE est impossible dans un échantillon naturel où toutes les phases sont mélangées et parfois même solidaires les unes des autres. Pour cette raison, une méthodologie expérimentale originale (en collaboration avec l'ETH Zurich) qui consiste à fixer à la surface de supports inertes une phase solide simple, sera développée. Chaque solide fixé à la surface de son propre support sera introduit dans une seule et même solution de terres rares en présence ou non de bactéries. L'analyse de la répartition des REE entre les différentes surfaces solides et la solution sera réalisée par ICP-MS (solution) et grâce à des techniques d'analyse fine du solide comme l'ablation-laser, l'EXAFS et NanoSIMS 50 (Cameca) dont s'est dotée très récemment 'Université de Rennes 1 en 2007. Ces travaux expérimentaux fourniront non seulement les éléments nécessaires à une meilleure compréhension du rôle des processus aux interfaces sur la distribution des terres rares en solution mais également un jeu de données indispensables au développement de modèles thermodynamiques d'adsorption des REE dans un système composé de plusieurs surfaces solides en compétition. Pour réaliser ce travail, deux codes de calcul seront utilisés, WHAM VI, modèle spécifique de sorption à la surface de molécules organiques mais comportant un module relatif aux surfaces minérales (SCAMP) et PHREEQC pour sa capacité à modéliser les cinétiques des réactions chimiques. Pour chacun des modèles des constantes spécifiques de complexation REE-surface solides seront au préalable calculées à partir des données expérimentales. La comparaison de ces deux modèles permettra d'identifier le rôle des mécanismes chimiques aux interfaces solide-liquide (type de complexe de surface, influence des phases solides les unes par rapport aux autres…) ainsi que l'influence des cinétiques des réactions lors des compétitions entre ligands sur la spéciation et les propriétés de traçage des REE en solution.