Rôle des interactions argilo-organiques dans la préservation de la Matière Organique en environnement sédimentaire : exemple d'un environnement lacustre (le Lac Pavin, France)

La fixation de molécules organiques sur des surfaces minérales influence les taux d'apport des matières organiques (MO) à l'interface eau - sédiments. Les interactions physico-chimiques formées entraînent la floculation de la MO en complexes organo-minéraux. La floculation augmente la densité des fractions organo-sédimentaires et réduit les risques d'oxydation et/ou de recyclage par biodégradation lors du transfert dans la colonne d'eau. Selon de nombreuses études, le contact direct entre molécules organiques et argiles influence également l'accessibilité des matières organiques aux faunes benthiques et bactériennes. Beaucoup de travaux tendent à conclure, au vu de ces résultats, que l'interaction des MO avec des minéraux argileux peut-être considérée comme un mécanisme de préservation, permettant l'incorporation des molécules organiques métabolisables dans les sédiments. La plupart de ces travaux fondent leurs conclusions sur l'étude des sédiments seuls et rarement sur une analyse complète depuis la caractérisation du processus d'adsorption jusqu'à la préservation de la MO. Beaucoup de questions sur ce thème restent alors en suspens. La fixation des molécules organiques sur les surfaces de minéraux argileux est-elle possible dès la colonne d'eau (avant sédimentation)? Quel type de MO s'adsorbe sur les argiles ? Quelles réactivités adoptent en profondeur les complexes ainsi formés? L'interaction est-elle réellement un processus efficace de protection des molécules organiques dans un milieu dynamique tel que la colonne d'eau? Le but de cette étude est double. Il est dans un premier temps de tester les possibilités d'adsorption de molécules organiques sur des minéraux argileux in situ, en environnement lacustre, à différentes profondeurs et pour des temps d'interaction variables. Il est dans un second temps d'éprouver la stabilité des assemblages ainsi formés. Pour cela, le comportement de molécules organiques naturelles en présence de saponites de synthèse (des smectites sodiques de haute et basse charges) a été étudié dans les niveaux oxique et anoxique d'un lac de cratère méromictique : le Lac Pavin (Massif Central, France). Les argiles ont été positionnées dans des pièges, fermés par deux membranes hydrophiles, perméables aux MO dissoutes, et laissées en interaction avec les matières organiques dissoutes du lac pendant 3, 10 et 21 jours. Des analyses chimiques globales ont montré la présence de carbone organique associé aux saponites après leurs interactions dans le Lac Pavin. L'étude moléculaire par Pyro-GC/MS des argiles révèle la présence de n- et iso- alcools, n- et iso- alcanes et d'acides gras en concentrations remarquables. Les mêmes analyses moléculaires ont été réalisées sur les produits organiques extraits des eaux du lac. Les résultats soulignent une sélectivité des argiles lors de l'adsorption, en faveur des formes moléculaires ramifiées, au détriment des formes linéaires. Les analyses ESCA des argiles montrent une évolution de leur structure. Elles soulignent une perte de sodium dans les deux saponites, et une possible substitution sodium/fer divalent dans la saponite de basse charge dans la zone anoxique. Cet échange suggère la prédominance d'une liaison par pont cationique, impliquant le fer divalent, pour expliquer l'adsorption de molécules organiques à la surface des argiles. Une analyse par diffraction des RX a montré l'absence d'intercalation de molécules organiques dans la structure des minéraux argileux. L'échec d'extractions aux solvants organiques des molécules adsorbées, même après saponification, prouve le caractère très stable de l'adsorption et souligne la force des liaisons qui unissent la matière organique aux particules argileuses