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Caractérisation de l’azote organique et de son évolution dans un manteau neigeux

par Encadrants de stages - 3 septembre 2015

Titre : Caractérisation de l’azote organique et de son évolution dans un manteau neigeux

Laboratoire de rattachement : LGGE (Grenoble)

Encadrant : D. Voisin

Téléphone : 04.76.51.44.41

Mots clés : Azote organique ; Cycle Biogéochimique ; Neige ; Orbitrap

Cadre :
Ce sujet se place dans le cadre du développement de mesures sur les échanges sol – atmosphère à travers la neige à la Station Alpine du col du Lautaret.

Contexte scientifique et objectifs du stage :
Climat et cycle biogéochimique de l’azote interagissent de manière complexe. Prédire l’évolution des interactions biosphère/atmosphère nécessite donc une compréhension fine des processus physiques, chimiques et biologiques qui contrôlent les flux entrant et sortant. Aujourd’hui, nombre de ces processus ne sont pas compris avec le niveau de détail nécessaire pour établir des budgets, prévoir quantitativement le cycle du carbone, de l’azote ou des BVOC dans un climat global changeant.
En particulier, le couvert neigeux induit nombre de processus fortement sensibles au changement climatique. Le manteau neigeux isole thermiquement le sol, préservant ainsi l’activité bactérienne des sols, avec un effet important sur les cycles de l’azote et du carbone ; la neige accumule des substances pendant l’hiver, dont de potentiels toxiques ; la neige est un réacteur photochimique donnant lieu à de multiples transformations chimiques, dont voire à une réémission vers l’atmosphère des apports initiaux en carbone et en azote ; la neige est un écosystème, siège de transformations biochimiques du carbone et de l’azote ; au printemps, la fonte du manteau peut donner lieu à un apport brutal de composés potentiellement toxiques, de carbone organique dissous et de métaux, ainsi que d’azote, avec un impact direct sur la phénologie.
Au col du Lautaret a été mis en place récemment un suivi du dépôt d’azote atmosphérique dans la neige. Ces mesures ont montré qu’une fraction imoprtante (40%) de l’azote présent dans la neige est de l’azote organique, à la grande différence par exemple de la neige de Niwot Ridge (Colorado), où l’azote organique est présent à l’état de traces seulement.

Objectifs
L’objectif de ce stage est de contribuer à l’étude des transferts d’azote dans la neige, et en particulier à l’azote organique. Celui-ci est-il dû à un apport atmosphérique initial, ou à des processus in-situ ? Peut-on relier ces processus d’évolution à des traceurs d’activité biologique ? En particulier à des traceurs d’activité biologique liée au cycle de l’azote ?
Ce travail spécifique sur la fraction organique viendra compléter le travail de suivi isotopique des nitrates en cours..

Méthodologies :
Le suivi de l’azote organique sera fait grâce à la spectrométrie de masse à très haute résolution, sur un instrument Orbitrap géré à l’IPAG, sur lequel nous disposons d’un temps d’accès garanti. La mesure très précise de la masse des ions par cet instrument permet par un traitement approprié des données d’attribuer une formule brute à chaque molécule détectée. Les méthodes développées s’appuient sur la possibilité de mesurer des masses faibles (50 amu) et sur les régularités toujours présentes dans ce type de spectres.

Travail attendu :

  • adaptation des procédures d’extraction aux niveaux de concentration observées dans la neige
  • participation à l’amélioration des procédures de traitement de données Orbitrap
  • participation aux suivis physico-chimiques de la neige pendant la saison d’hiver
  • évaluation des données de spéciation en lien avec la composition chimique globale et la spéciation isotopique des nitrates et avec les données stratigraphiques

Pré-requis :

  • un minimum de pratique et un intérêt pour le travail de laboratoire et de terrain, allié à une bonne capacité d’organisation et de sens du détail
  • un intérêt pour le traitement de données complexes et un minimum d’aisance sur les outils numériques.

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