Lemarchand

Adsorption et fractionnement isotopique du bore sur la goethite et les acides humiques

E. Lemarchand (1), J. Schott (1), J. Gaillardet (2)
(1) LMTG, CNRS-UPS, Toulouse, (2) IPGP, Université de Paris 7, Paris

Le bore, qui subit d’importants fractionnements isotopiques dépendant du pH lors des interactions solide-solution, peut être utilisé pour contraindre les processus d’altération continentale ainsi que les paléo-pH océaniques. Afin de mieux comprendre son comportement isotopique dans les environnements continentaux, nous avons réalisé une série d’expériences d’adsorption du bore sur des acides humiques et de la goethite (FeOOH) à 25°C et différents pH.
Les expériences ont consisté à ajouter de l’acide borique de concentration et composition isotopique parfaitement connues à des suspensions d’acide humique et de goethite. Après séparation de la phase solide et de la solution par filtration, nous avons mesuré la constante d’adsorption du bore et sa composition isotopique dans la solution résiduelle. Les concentrations de bore ont été déterminées respectivement par colorimétrie et par dilution isotopique lors des essais avec la goethite et les acides humiques. Sa composition isotopique a été déterminée par analyse de l’ion Cs2BO2+ par spectrométrie de masse à thermo ionisation positive.
Lors de son interaction avec les acides humiques et la goethite, le bore présente un comportement typique d’oxyanion avec un maximum d’adsorption respectivement aux pH 9.5-10 et 8-9 sur les acides humiques et la goethite. En outre, l’adsorption du bore aux pH acides et neutres entraîne un fort fractionnement isotopique avec un enrichissement en 11B de la solution (D11Bacide humique = – 25‰, D11Bgoethite = – 40‰). Le fractionnement isotopique diminue lorsque le pH augmente et devient quasiment nul à pH>10.
La modélisation des courbes d’adsorptions a été réalisée dans le cadre du modèle de double couche à capacitance constante à l’aide du logiciel FITEQL. Le choix des complexes formés par le bore à la surface des acides humiques et de la goethite s’est appuyé i) sur les données déjà disponible dans la littérature, ii) l’étude de l’interface solide solution par RMN MAS de 11B et par spectroscopie infrarouge DRIFT et iii) sur les contraintes imposées par les fractionnements isotopiques du bore en fonction du pH des solutions.
La modélisation dans le cadre des fractionnements isotopiques du bore permet de relier les valeurs des coefficients de fractionnement isotopique du bore à la structure des espèces aqueuses et surfaciques formées par cet élément. Il apparaît ainsi que l’étude isotopique apporte des contraintes nouvelles sur le comportement chimique du bore lors des interactions avec les acides humiques et la goethite. Cette étude montre, en outre, que le bilan isotopique du bore à la surface de la terre peut être fortement affecté par les interactions avec la matière organique et les oxy-hydroxydes de fer dans les sols.

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