Tcaci, Marina
(2018).
« Traçage isotopique des sources de phosphate dans l'environnement » Mémoire.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Maîtrise en sciences de la Terre.
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Résumé
La croissance démographique a pour effet d'accroître l'empreinte écologique notamment par surexploitation des ressources en eau dont la qualité chute sur l'ensemble de la planète. L'excès de phosphore, élément de base des organismes vivants, provoque un déséquilibre dans les écosystèmes aquatiques, conduisant à l'eutrophisation des eaux de surface. Bien que cette problématique soit reconnue depuis plusieurs décennies, l'origine et le cycle du phosphore dans divers réservoirs hydrologiques sont encore mal contraints. Ce mémoire vise à élaborer une méthode pour discriminer les sources de phosphore dans le même bassin aquatique à l'aide des outils isotopiques. Puisque le phosphore n'a qu'un seul isotope stable (31P), cette étude vise à déterminer la composition isotopique de l'oxygène (δ18Op) lié à l'atome du phosphore dans le groupement phosphate (PO4) des différentes sources de phosphore. La méthode visant au traçage du phosphore à partir des isotopes de l'oxygène nécessite deux grandes étapes : la première étape qui consiste à extraire, à purifier et à précipiter les ions phosphatés de l'échantillon sous forme d'un composé phosphaté stable et non hygroscopique le phosphate d'argent, Ag3PO4. La deuxième étape est l'analyse isotopique du phosphate d'argent synthétisé. Le phosphate d'argent présente l'avantage d'être stable et non hygroscopique, il peut être directement analysé sur le spectromètre de masse (EA-IRMS). Les méthodes d'échantillonnage et de précipitation du phosphate d'argent, connues dans la littérature (Karl and Tien 1992; Goldhammer, et al., 2011; Gruau et al. 2005; K. McLaughlin 2004; Tamburini et al., 2010; O'Neil et al. 1994; Firsching, 1961) ne sont pas directement applicables pour les eaux du Québec du fait des très faibles concentrations en phosphate inorganique (concentration PO4 << 0.03mg/L). Le premier défi a été de développer un système d'échantillonnage adapté aux faibles minéralisations des eaux du Québec. Une série des tests en laboratoire a conduit à l'élaboration d'un protocole d'échantillonnage et une méthode analytique de précipitation de phosphate spécifique aux eaux ayant une faible teneur en phosphore inorganique dissous (PID). La méthode d'échantillonnage développée à UQAM permet de diminuer le volume d'échantillon d'eau à traiter au laboratoire de 200L jusqu'à 0,1L, en réduisant le temps de travail et en facilitant les tâches au laboratoire. Le second grand défi de ce travail a été d'éviter le fractionnement isotopique de l'oxygène induit par les pertes de phosphate ainsi que la contamination par la coprécipitation de l'oxygène provenant de la matière organique ou d'autres composés contenant de l'oxygène (nitrate, sulfate, oxyde d'argent, carbonate). Les résultats de la signature isotopique et de diffraction de rayons X (DRX) montrent que la nouvelle étape de précipitation de phosphate d'argent, élaborée ici, conduit à la synthèse d'un précipité de phosphate d'argent (Ag3PO4) pur. Nous avons testé cette nouvelle méthode dans le Fleuve Saint-Laurent et dans ses principaux quelques affluents autour de l'agglomération de Montréal. L'utilisation la nouvelle méthode pour déterminer la signature isotopique de l'oxygène du phosphore est prometteuse pour identifier les sources de phosphore dans les eaux de surface du Québec.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : isotopes de l'oxygène, phosphate, eau, pollution, fleuve Saint-Laurent, pollution urbaine
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