Risques de contamination par l’air environnant et le manipulateur

RISQUES DE CONTAMINATION PAR L’AIR ENVIRONNANT ET LE MANIPULATEUR

Dans un environnement urbain, la charge particulaire de l’air est élevée et constitue une source de contamination majeure. Pour s’affranchir de cette source de contamination, les échantillons sont manipulés dans des salles dites « blanches ». Ces salles sont maintenues en surpression par air filtré et l’ensemble du mobilier est exempt de matériaux susceptibles de libérer des éléments traces. Par ailleurs, l’ensemble des manipulations exposant les échantillons à l’air libre sont réalisées sous une hotte à flux laminaire classe 100. Le manipulateur est équipé d’une blouse en tissu synthétique, d’une charlotte, de sabots et de gants (changés immédiatement au moindre doute sur leur intégrité).

Toutes les opérations de lavage ou de rinçage sont réalisées avec de l’eau ultra-pure, préparée à travers un système de résines et de filtres (MilliporeTM, eau Milli Q®). La résistivité de cette eau est contrôlée à la sortie du système (= 18,2 MΏ·cm 1).

RISQUES DE CONTAMINATION PAR LE CONTENANT, LES INSTRUMENTS ET LES RÉACTIFS

La conservation et la manipulation des échantillons exigent des contenants et des instruments dont la surface ne libère pas d’éléments contaminants. Ces opérations sont donc réalisées dans des contenants, et avec des instruments, faits en matière plastique (Teflon®, polyéthylène ou polypropylène), qui sont, préalablement à leur utilisation, soumis au protocole de nettoyage suivant :

̵ lavage abondant à l’eau du robinet avec un produit vaisselle permettant l’élimination des impuretés de surface et des poussières ;
̵ immersion dans un bain de surfactants (Decon® NeutraconTM à 2 %) pendant au moins 5 jours pour enlever l’essentiel des résidus de surface ;
̵ rinçage à l’eau déminéralisée ;
̵ immersion dans un bain d’acide chlorhydrique à 10 % pendant au moins 7 jours pour enlever les éléments métalliques de surface et détruire les matières organiques;
̵ rinçage à l’eau ultra-pure ;
̵ immersion dans un bain d’acide chlorhydrique MerckTM Suprapur® à 1 % pendant au moins 14 jours pour enlever les dernières traces d’éléments métalliques sur les parois ;
̵ rinçage abondant à l’eau ultra-pure.

Les instruments sont ensuite séchés sous une hotte à flux laminaire en salle blanche, puis conservés et transportés dans un double emballage de sacs plastiques. Les récipients sont conservés, remplis d’eau ultra-pure acidifiée à pH 2 par de l’acide chlorhydrique MerckTM Suprapur®. Ils sont vidés juste avant l’échantillonnage et rincés avec un aliquote de l’échantillon. Le risque de contamination par les réactifs nécessite une parfaite connaissance de la composition, et du suivi, de chacun d’entre eux qui entre en contact direct avec l’échantillon. Ils sont choisis parmi ceux qui possèdent le plus grand degré de pureté et dont chaque lot est analysé et certifié par le producteur (réactifs type MerckTM Suprapur®, voire Ultrapur®). Ces réactifs, une fois entamés, sont conservés et manipulés exclusivement en salle blanche dans les conditions décrites précédemment.

TECHNIQUES D’ÉCHANTILLONNAGE ET D’ANALYSE DES AÉROSOLS

En raison de l’étroite collaboration entre le Laboratoire Inter-universitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA – UMR 7583) et le Laboratoire d’Océanographie de Villefranche-sur-Mer (LOV – UMR 7093) dans le cadre des projets BIOSOPE et KEOPS, j’ai pu réaliser une grande partie de ces analyses au LISA, en profitant de l’expérience de Rémi LOSNO en ce qui concerne les analyses par fluorescence X et par spectroscopie d’émission et d’absorption atomique, ainsi que de l’expérience de Michel MAILLÉ et de Patrick AUSSET en ce qui concerne les techniques d’observation par microscopie électronique .

ÉCHANTILLONNAGE DES AÉROSOLS

L’échantillonnage des aérosols a été réalisé par filtration. Trois ou quatre filtres, mis en place dans des porte-filtres, ont été regroupés dans un dispositif décrit par la suite comme collecteur d’aérosols. Il est admis qu’au niveau du collecteur d’aérosols chaque filtre a la même capacité de récolte.

FILTRES
Les filtres utilisés ont un diamètre de 47 mm et une porosité variant entre 0,4 et 0,5 µm. Ces filtres de petite surface nécessitent des pompes à faible débit (~ 20 L·min-1) pour réduire le risque de déchirure. Trois types de membrane sont utilisés :
̵ des membranes en Teflon® pour les analyses de la composition chimique totale ;
̵ des membranes en acétate de cellulose pour les analyses de la composition chimique totale et les expériences de dissolution ;
̵ des membrane en polycarbonate pour les expériences de dissolution et les observations en microscopie électronique.

Les filtres en acétate de cellulose et les filtres en polycarbonate sont hydrophiles : ils sont nettoyés en les trempant dans une solution d’acide chlorhydrique MerckTM Suprapur® à 2 %, puis en les rinçant abondamment à l’eau ultra-pure. Les filtres en Teflon®, par contre, sont hydrophobes : ils sont nettoyés, montés sur des supports de filtration, en y faisant passer 100 mL d’une solution d’acide chlorhydrique MerckTM Suprapur® à 2 %, puis 200 mL d’eau ultra-pure. Tous les filtres sont séchés sous une hotte à flux laminaire et conservés dans des boites de Petri neuves. Les filtres utilisés lors des campagnes en mer BIOSOPE et KEOPS ont été nettoyés par Rémi LOSNO et Sylvain TRIQUET au LISA.

COLLECTEUR D’AÉROSOLS
Un premier collecteur d’aérosols   a été conçu au LISA par Rémi LOSNO pour être embarqué lors des campagnes en mer BIOSOPE (octobre – décembre 2004) et KEOPS (janvier – février 2005). Il a été installé ensuite au site du Cap Ferrat (août 2005 – août 2006). Profitant de l’expérience acquise avec ce premier prototype, un deuxième collecteur  a été mis au point au LOV par Francis LOUIS et Édouard LEYMARIE (logiciel de pilotage) ; il a été utilisé lors de la campagne en mer SAZ-SENSE (janvier – février 2007).

Pendant les campagnes en mer, le système de collecte a été installé à l’avant des navires pour minimiser les risques de contamination et les perturbations aérodynamiques, dus au navire. Néanmoins, deux contraintes supplémentaires se sont imposées, compte tenu des risques de rabattement vers l’avant du panache des fumées d’une part, des très faibles concentrations attendues en particules atmosphériques d’autre part :
̵ les aérosols n’ont dû être collectés que pendant les plages de temps où les vents ont soufflé dans une direction donnée et avec une vitesse minimale donnée : le système de collecte a donc été couplé à un dispositif permettant de mesurer la vitesse et la direction du vent, et de commander la mise en route du système en cas de bonnes conditions de vent ;
̵ lorsque ces conditions n’ont pas été assurées, les échantillons ont dû être protégés : ils ont été enveloppés d’un flux d’air propre pendant les temps d’arrêt du système de collecte ; ceci a permis de collecter des aérosols sur plusieurs plages de temps consécutives (permettant de cumuler un volume suffisant pour réaliser des mesures) en s’assurant de ne pas contaminer les échantillons.

MISE EN OEUVRE DES FILTRES

Les filtres nettoyés, séchés et conservés comme indiqué précédemment, sont disposés à l’aide de pinces sur les porte-filtres sous une hotte à flux laminaire dans une salle blanche ou dans un container de « chimie propre ». Les filtres ainsi montés sont emballés dans un sac plastique et amenés jusqu’au collecteur d’aérosols, où ils sont mis en place avec des gants. Une fois l’échantillonnage terminé, les porte-filtres sont sortis du collecteur, toujours avec des gants, et transférés immédiatement dans un sac plastique. Les filtres sont retirés des porte-filtres en salle blanche à l’aide de pinces, puis placés dans une boîte de Petri et conservés à température ambiante sous atmosphère sèche et à l’obscurité jusqu’à l’analyse.

Table des matières

I. INTRODUCTION
1. CONTEXTE SCIENTIFIQUE
1.1. LE FER DANS L’ATMOSPHÈRE
1.2. LE FER DANS L’OCÉAN
1.3. LES INTERACTIONS OCÉAN-ATMOSPHÈRE DANS LE CYCLE DU FER
2. PROBLÉMATIQUE DU TRAVAIL
II. MÉTHODES D’ÉCHANTILLONNAGE ET D’ANALYSE
1. CONDITIONS REQUISES DE PROPRETÉ
1.1. RISQUES DE CONTAMINATION PAR L’AIR ENVIRONNANT ET LE MANIPULATEUR
1.2. RISQUES DE CONTAMINATION PAR LE CONTENANT, LES INSTRUMENTS ET LES RÉACTIFS
2. TECHNIQUES D’ÉCHANTILLONNAGE ET D’ANALYSE DES AÉROSOLS
2.1. ÉCHANTILLONNAGE DES AÉROSOLS
2.1.1. FILTRES
2.1.2. COLLECTEUR D’AÉROSOLS
2.1.3. MISE EN OEUVRE DES FILTRES
2.2. ANALYSE DE LA COMPOSITION CHIMIQUE TOTALE DES AÉROSOLS
2.2.1. ANALYSE PAR SPECTROSCOPIE DE FLUORESCENCE X
PRINCIPE DE L’ANALYSE PARAMÈTRES ANALYTIQUES
2.2.2. ANALYSE CHIMIQUE DES AÉROSOLS PAR ATTAQUE ACIDE ET MESURE PAR SPECTROSCOPIE ATOMIQUE
2.3. OBSERVATION DES AÉROSOLS AU MICROSCOPE
3. TECHNIQUES D’ÉCHANTILLONNAGE ET D’ANALYSE DE L’EAU DE MER
3.1. ÉCHANTILLONNAGE DE L’EAU DE MER
3.2. ANALYSES DU FER DISSOUS
3.2.1. PRINCIPE DE L’ANALYSE
3.2.2. PARAMÈTRES ANALYTIQUES
3.3. ANALYSE DES LIGANDS SPÉCIFIQUES DU FER DANS L’EAU DE MER
3.3.1. ÉCHANTILLONNAGE
3.3.2. PRINCIPE DE LA VOLTAMPÉROMÉTRIE EN REDISSOLUTION CATHODIQUE
3.3.3. PRINCIPE DU DOSAGE PAR COMPÉTITION DES LIGANDS SPÉCIFIQUES DU FER
3.3.4. CONDITIONS EXPÉRIMENTALES ET PARAMÈTRES ANALYTIQUES
PRÉPARATION DES RÉACTIFS
PROTOCOLE DES MESURES
REPRODUCTIBILITÉ DES MESURES
3.4. ANALYSE DU CARBONE ORGANIQUE DISSOUS (COD)
3.4.1. ÉCHANTILLONNAGE
3.4.2. PRINCIPE DE L’ANALYSE
3.4.3. CONDITIONS EXPÉRIMENTALES ET PARAMÈTRES ANALYTIQUES
III. ÉCHANTILLONNAGE ET CARACTÉRISATION DES ZONES D’ÉTUDE
1. SUIVI TEMPOREL AU SITE DYFAMED
1.1. PRÉSENTATION DES SITES
1.2. ÉCHANTILLONNAGE
1.2.1. ÉCHANTILLONNAGE DES AÉROSOLS
1.2.2. ÉCHANTILLONNAGE DE L’EAU DE MER
1.3. TRANSPORT ATMOSPHÉRIQUE DE POUSSIÈRES AU SITE DU CAP FERRAT
1.4. CONDITIONS HYDROLOGIQUES ET BIOGÉOCHIMIQUES AU SITE MARIN DYFAMED
1.5. SUIVI DU CYCLE DU FER DISSOUS
2. CAMPAGNES D’ÉCHANTILLONNAGE DANS LES OCÉANS DE L’HÉMISPHÈRE SUD
2.1. CAMPAGNE OCÉANOGRAPHIQUE BIOSOPE DANS LE SUD-EST PACIFIQUE
2.1.1. PRÉSENTATION DE LA CAMPAGNE
2.1.2. ÉCHANTILLONNAGE
2.2. CAMPAGNE OCÉANOGRAPHIQUE KEOPS DANS L’OCÉAN AUSTRAL, SECTEUR DE L’ÎLE KERGUELEN
2.2.1. PRÉSENTATION DE LA CAMPAGNE
2.2.2. ÉCHANTILLONNAGE
2.3. CAMPAGNE OCÉANOGRAPHIQUE SAZ-SENSE DANS L’OCÉAN AUSTRAL, SECTEUR AUSTRALIEN
2.3.1. PRÉSENTATION DE LA CAMPAGNE
2.3.2. ÉCHANTILLONNAGE
2.4. ÉTUDE DU TRANSPORT DE POUSSIÈRES VERS LES ZONES OCÉANIQUES DE L’HÉMISPHÈRE SUD
2.4.1. DONNÉES GÉNÉRALES
2.4.2. ANALYSE DES DONNÉES IN SITU DE LA LITTÉRATURE ET MODÈLES
2.4.3. ANALYSE DE RÉTRO-TRAJECTOIRES
2.4.4. DONNÉES ISSUES DU CAPTEUR OMI
3. CONCLUSIONS DU CHAPITRE
IV. NOUVELLES ESTIMATIONS DE L’EXPORTATION DE POUSSIÈRES MINÉRALES VERS LES OCÉANS DE L’HÉMISPHÈRE SUD
1. REVISITING ATMOSPHERIC DUST EXPORT TO THE SOUTHERN HEMISPHERE OCEAN: BIOGEOCHEMICAL IMPLICATIONS
1.1. RÉSUMÉ EN FRANÇAIS
1.2. ARTICLE
2. INSERTION DES DONNÉES DE LA CAMPAGNE SAZ-SENSE
2.1. RÉSULTATS OBTENUS AU COURS DE LA CAMPAGNE SAZ-SENSE
2.1.1. CONCENTRATIONS EN ALUMINIUM ET POUSSIÈRES MINÉRALES
2.1.2. CALCUL DES FLUX DE POUSSIÈRES MINÉRALES
ESTIMATION DE LA TAILLE DES PARTICULES MÉTHODE D’ESTIMATION DES FLUX DE POUSSIÈRES MINÉRALES
FLUX DE POUSSIÈRES MINÉRALES
2.2. DISCUSSION
2.2.1. VARIABILITE DE LA CONCENTRATION PARTICULAIRE AU DESSUS DE LA ZONE SAZ-SENSE
2.2.2. FLUX DE POUSSIÈRES MINÉRALES
3. CONCLUSIONS
3.1. CYCLE ATMOSPHÉRIQUE DES POUSSIÈRES MINÉRALES DANS L’HÉMISPHÈRE SUD ET MODÉLISATION
3.2. IMPACT DU DÉPÔT DE POUSSIÈRES SUR L’ACTIVITÉ BIOLOGIQUE MARINE DANS L’HÉMISPHÈRE SUD
V. CONCLUSION

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