Centre Européen
de Recherche et d'Enseignement
des Géosciences de l'Environnement

Géochimie organique (élémentaire et moléculaire)

Les sédiments marins et lacustres fournissent des archives climatiques pour différentes échelles de temps allant de quelques siècles à plusieurs centaines de milliers d’années. Nous utilisons plusieurs composés organiques comme indicateurs de variables environnementales :

  • La température des eaux de surface avec les rapports d’insaturation des alcènones (UK37’ ; Rostek et al. 1993, Sonzogni et al. 1997, Bard et al. 1997, 2000, Leduc et al. 2007) et les rapports d’abondance des tétraéthers (TEX86 et MBT/CBT ; Ménot & Bard 2012, Sanchi et al. 2013),
  • La productivité phytoplanctonique avec les concentrations en alcènones, stérols et chlorines (Rostek et al. 1997, Pailler & Bard 2002, Schulte & Bard 2003, Bard & Rickaby 2009, Vidal et al. 2010),
  • Les apports terrigènes avec l’indice BIT des tétratéthers (Ménot et al. 2006) et les abondances en n-alcanes et n-alcanones (Rostek & Bard 2013),
  • La combustion de biomasse avec le carbone réfractaire (Thevenon et al. 2004),
  • L’oxygénation de la colonne d’eau avec le lycopane ou d’autres composés (Schulte et al. 1999),
  • Les apports en eau douce liée à la fonte d’icebergs (Bard et al. 2000),
  • La déstabilisation d’hydrates de méthane avec le diploptérol et le diploptène (Ménot & Bard 2010).

La méthodologie de quantification des marqueurs organiques est basée sur l’extraction des molécules dans un solvant organique, suivie d’étapes de purification et de quantification par différentes techniques chromatographiques. L’équipe dispose de moyens analytiques variés répartis dans deux laboratoires, incluant chacun une salle de prétraitement « humide » et un labo « sec » avec les appareils de chromatographie et de spectrométrie de masse. Nos protocoles et résultats ont été validés dans le cadre d’intercalibrations internationales (Rosell-Melé et al. 2001, Schouten et al. 2009, 2013). Les laboratoires de géochimie organique ont été financés par des crédits attribués à la chaire de l’évolution du climat et de l’océan du Collège de France (crédits de chaire, FEDER, CPA, Fondation Comer des USA) ainsi que par la Région PACA et la Fondation BNP.

 

Préparation des échantillons

Les échantillons sont séchés par lyophilisation (principe de la sublimation) puis la phase lipidique est séparée automatiquement par extraction accélérée par solvants (ASE, accelerated solvent extraction). Cette technique d’extraction sous pression et à chaud permet d’extraire les composés organiques rapidement et de manière reproductible. La température élevée accélère le procédé d’extraction en augmentant la solubilité des composés dans le solvant, tandis que la pression élevée permet de garder le solvant à l’état liquide.

 


Lyophilisateur (Christ) et deux systèmes d'extraction accélérée par solvants (ASE 350 et ASE 200 Dionex)

 

En fonction des composés analysés et de la nature des échantillons, les extraits sont encore purifiés par extraction en phase solide (SPE, solid phase extraction), soit injectés directement dans un système de chromatographie en phase liquide ou gazeuse.

 

Système de purification automatisé Gilson GX-271. L’extrait brut est déposé sur la partie supérieure d'une cartouche SPE puis différentes fractions sont collectées en utilisant des solvants de polarités différentes (Sanchi et al. 2013).

 

Identification et quantification des marqueurs organiques

 

Laboratoire de chromatographie en phase gazeuse (bâtiment Pasteur CEREGE)

Les molécules ayant une masse inférieure à 800 amu (par ex. alcanes, alcènones et stérols) sont analysées par chromatographie en phase gazeuse. La détection des composés se fait au moyen de détecteur à ionisation de flamme ou par spectrométrie de masse quadripolaire.

 

Thermo Scientific Trace GC ultra équipé d'un spectromètre de masse quadripolaire DSQ II (à gauche) et système Trace GC Ultra équipé d'un détecteur FID (à droite)

 

 

Laboratoire de Chromatographie en phase liquide (bâtiment Trocadéro Collège de France)

Les composés fortement polaires et à hauts poids moléculaires sont analysés par chromatographie en phase liquide. Les composés sont quantifiés par spectrométrie de masse (tétraéthers) ou à l’aide d’un détecteur à barrette de diodes (chlorines).

 


Système Agilent 1100 équipé d'un spectromètre de masse quadripolaire et d'une source APCI (à gauche) et système Agilent 1200 équipé d'un détecteur à barrette de diodes (à droite)

 

 

Analyse élémentaire (bâtiment Pasteur CEREGE)

L’équipe dispose également d’un analyseur élémentaire par chromatographie pour déterminer l’azote, le carbone inorganique et le carbone organique après décarbonatation à l’acide, ou des procédures plus poussées pour extraire le carbone réfractaire.

 


Analyseur élémentaire  FISONS NA 1500 pour la détermination des carbonates, du carbone organique, du carbone réfractaire et de l’azote organique total

 

Contacts :

Responsable scientifiques : Edouard Bard

Responsable technique du laboratoire CEREGE : Frauke Rostek

Responsable technique du laboratoire Collège de France : Yoann Fagault

 

Références :

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Darfeuil S, Ménot G, Giraud X, Rostek F, Tachikawa K, Garcia M, Bard E. Sea surface temperature reconstructions over the last 70 kyr off Portugal: biomarker data and regional modeling. Paleoceanography 31, 40-65 (2016).

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Rosell-Melé A, Bard E, Emeis K-C, Grimalt JO, Müller P, Schneider RR, Blanz T, Bouloubassi I, Epstein B, Fahl K, Fluegge A, Freeman K, Goni M, Güntner U, Hartz D, Hellebust S, Herbert T, Ikehara M, Ishiwatari R, Kawamura K, Kenig F, de Leeuw J, Lehman S, Mejanelle L, Ohkouchi N, Pancost RD, Pelejero C, Prahl F, Quinn J, Rontani J-F, Rostek F, Rullkötter J, Sachs J, Sawada K, Schulz-Bull D, Sikes E, Sonzogni C, Ternois Y, Versteegh G, Volkman J and Wakeham S. Precision of the current methods to measure the alkenone proxy UK37’ and absolute abundance in sediments : results of an interlaboratory comparison study. Geochemistry, Geophysics and Geosystems (G-cubed) 2, 1-28 (2001).

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Schouten S, Hopmans H, van der Meer J, Mets A, Bard E, Bianchi T, Diefendorf A, Escala M, Freeman KH, Huguet C, Ingalls A, Ménot G, Nederbragt AJ, Oba M, Pearson A, Pearson E, Rosell-Melé A, Schaeffer P, Smittenberg R, Talbot HM, Uchida M, van Moy B, Yamamoto M, Zhang Z, Sinninghe Damsté JS. An interlaboratory study of TEX86 and BIT analysis using high performance liquid chromatography/mass spectrometry. Geochemistry, Geophysics Geosystems (G-cubed) 10, 1-13 (2009).

Schouten S, Hopmans EC, Rosell-Melé A, Pearson A, Adam P, Bauersachs T, Bard E, Bernasconi SM, Bianchi TS, Brocks JJ, Truxal Carlson L, Castañeda IS, Derenne S, Doğrul Selver A, Dutta K, Eglinton T, Fosse C, Galy V, Grice K, Hinrichs KU, Huang Y, Huguet A, Huguet C, Hurley S, Ingalls A, Jia G, Keely B, Knappy C, Kondo M, Krishnan S, Lincoln S, Lipp J, Mangelsdorf K, Martínez-García A, Ménot G, Mets A, Mollenhauer G, Ohkouchi N, Ossebaar J, Pagani M, Pancost RD, Pearson EJ, Peterse F, Reichart G-J, Schaeffer P, Schmitt G, Schwark L, Shah SR, Smith RW, Smittenberg RH, Summons RE, Takano Y, Talbot HM, Taylor KWR, Tarozo R, Uchida M, van Dongen BE, Van Mooy BAS, Wang J, Warren C, Weijers JWH, Werne JP, Woltering M, Xie S, Yamamoto M, Yang H, Zhang CL, Zhang Y, Zhao M, Sinninghe Damsté JS. An interlaboratory study of TEX86 and BIT analysis of sediments, extracts and standard mixtures. Geochemistry Geophysics Geosystems (G-cubed) 14 (12), 5263-5285 (2013).

Sonzogni C, Bard E, Rostek F, Dollfus D, Rosell-Melé A, Eglinton G. Temperature and salinity effects on alkenones ratios measured in sediments from the Indian Ocean. Quaternary Research 47, 344-355 (1997).

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Vidal L, Ménot G, Joly C, Bruneton H, Rostek F, Cagatay N, Major C, Bard E. Marmara Sea hydrology over the last 23000 years : implications for the connection with the Black Sea and the sapropel deposition. Paleoceanography 25, PA1205, 1-16 (2010).