Resumen de New insights about the rare earth elements (REE) mobility in river waters

Samuel Deberdt, Jérôme Viers, Bernard Dupré

• English

  While the rare earth elements (REE) have largely contributed to the understanding of some internal geological processes, their use as tracers of superficial mechanisms (i.e., weathering and elements transport) remains tricky. This results from the poor knowledge we have of the REE distribution in the different fractions of solutions.

  Up to recently, the studies carried out on the REE behavior in continental aquatic systems were mainly based on the "paniculate" and "solution" fractions separated by an arbitrary filtration through a 0.20 or 0.45 [nu]m pore size membrane. Some recent work has shown, using ultrafiltration experiments, that REE are mainly contained in the colloidal fraction (i.e., 0.20 [nu]m - 1 nm). However, studies devoted to the control of REE by the colloidal matter, have essentially focused on the organic pool (i.e., humic substances). By contrast, the mineral colloidal pool has received little attention.

  In order to model these processes, we have developed a combined approach that consider (1) ultrafiltration experiments performed on a series of rivers located in Africa (Cameroon) and south America (Brazil, Venezuela) and (2) speciation calculations. This quantitative approach reveals, for the first time, that more than 60 % of the total REE in the solution of river waters is controlled by the mineral colloidal pool.

• français

  es terres rares (TR) définissent un groupe de quinze éléments chimiques (La à Lu) caractérisés par des propriétés chimiques voisines. Bien qu'utilisées comme puissants traceurs des processus géologiques internes [Henderson, 1984; Taylor et McLennan, 1985], leur application pour tracer les processus dans les systèmes aquatiques superficiels demeure hasardeuse à cause de la connaissance limitée que nous avons des nombreux processus réactifs (dissolution-précipitation, complexation et adsorption) qui contrôlent leur mobilité. Jusqu'à récemment, les travaux se sont limités à définir la distribution des TR dans les fractions particulaire et en solution séparées par une filtration a 0,2 ou 0,45 [nu]m [Goldstein et Jacobsen, 1988 ; Elderfield et al, 1990; Dupre et al, 1996 ; Gaillardet et al, 1997 et autres références]. Cependant, les récents développements des techniques de séparation par ultrafiltration ont permis de mettre en évidence le rôle majeur de la fraction colloïdale dans le contrôle des mécanismes qui génèrent l'abondance des TR dans les solutions naturelles [Sholkovitz, 1995; Viers et al, 1997; Douglas et al, 1999; Ingri et al, 2000]. Cette évidence demande désormais à définir quantitativement et qualitativement les composés inorganiques et organiques présents dans les fractions particulaire, colloïdale et dissoute et de connaître les données thermodynamiques qui contrôlent la distribution des éléments traces dans ces fractions. En réponse, nous avons développé une approche qui associe les teneurs en TR mesurées dans un ensemble de filtrats et ultrafiltrats de rivières et des calculs de spéciation afin de modéliser le comportement des TR dans les eaux naturelles.