Altération et érosion dans les Alpes vus par la géochimie isotopique du lithium

6 mois à partir de Janvier/Février 2025

Informations générales :
Localisation : Le Bourget-du-lac (73370)
Superviseurs : Dr. Mathieu Dellinger (CNRS, EDYTEM), Pr. Jérôme Poulenard (USMB, EDYTEM), Dr. William Rapuc (CNRS, EDYTEM)
Date de début du stage : début 2025
Durée : 5 à 6 mois
Documents requis pour postuler : CV, lettre de motivation et bulletin de note de M1 et de L3
Salaire : 614.26€ mensuel brut

Introduction : La Zone Critique de la Terre (ZC) est la fine couche située entre le sommet de la canopée et la base de la nappe phréatique sous le sol, et qui supporte l’ensemble de la vie terrestre et des ressources humaines (nourriture, eau et énergie). Le sol est au cœur de la Zone Critique. Sa composition, son épaisseur et sa structure dépendent intimement de l’équilibre entre les processus d’altération chimique et physique qui transforment les roches en espèces dissoutes et en minéraux secondaires (argiles, oxydes de fer). L’altération chimique fournit les nutriments nécessaires aux écosystèmes et est l’un des processus principaux qui régulent le cycle du carbone à long terme (> 104 ans). Par conséquent, il est primordial de comprendre comment la ZC, et en particulier le compartiment sol, répondent aux forçages climatiques et anthropique, notamment dans les chaines de montagnes. En effet, les environnements de haute montagne, tels que dans les Alpes européennes, possèdent les taux d’érosion physique et chimique parmi les plus élevés sur Terre (Larsen et al., 2014), et sont donc caractérisés par des sols fins qui sont très sensibles aux perturbations environnementales.

Études précédentes – isotopes du lithium dans les sols : Le rapport isotopique du lithium (7Li/6Li) a récemment émergé comme un traceur de l’altération chimique. Les isotopes du lithium (Li) sont fractionnés lors des processus d’altération, avec le 6Li préférentiellement incorporé dans les minéraux secondaires (argiles, oxydes de fer) tandis que le 7Li se concentre dans la phase dissoute (Strandmann et al., 2021). Ce traceur a été récemment appliqué à l’étude des carottes sédimentaires lacustres pour reconstruire l’évolution passée des sols et les changements d’altération à travers différentes échelles de temps (Bastian et al., 2021 ; Chen et al., 2023 ; Rothacker et al., 2018 ; Zhang et al., 2023). Cependant, l’interprétation de ces enregistrements isotopiques en termes de changement d’érosion chimique et physique reste limitée par le manque de connaissances sur les fractionnements des isotopes du Li dans les sols de montagne. En théorie, les couches superficielles riches en argile devraient avoir la composition isotopique du Li la plus faible (δ7Li = [(7Li/6Li)/( 7Li/6Li)LSVEC – 1] × 1000 ; en ‰) tandis que le sol ou le régolithe plus profond devrait avoir un δ7Li plus élevé, proche de la valeur de la roche sous-jacente (Golla et al., 2021 ; Rothacker et al., 2018). Dans les Alpes françaises, le δ7Li des sols, mesuré dans deux profils du bassin versant du lac La Thuile, et montre un comportement opposé, avec une augmentation du δ7Li vers la surface (Zhang et al., 2023). Cela a été interprété comme un cas particulier de migration de particules fine vers le bas (éluviation) dans ces sols. La question de savoir si cette observation est une exception ou une généralité dans les sols de montagne reste ouverte. En complément, il y a d’autres questions importantes, comme par exemple est-ce que le δ7Li des sols varie en fonction de l’altitude (climat et érosion) et de la lithologie.

Objectif : L’objectif principal de ce projet est d’étendre l’étude des isotopes du lithium dans les sols des Alpes françaises pour mieux caractériser les processus d’altération des sols en montagne.

Sites d’étude et échantillons : Pour atteindre cet objectif, l’étudiant(e) travaillera sur plusieurs profils de sol, des Alpes françaises du nord et du sud, échantillonnés dans le cadre du dispositif ORCHAMP (https://orchamp.osug.fr/). Les transects altitudinaux des massifs du Mont-blanc (séquence de sols podzoliques sur roche cristalline acide), Lautaret-Galibier (séquence de sols brunifiés sur flysh) et des Bauges (séquence de sols décarbonatés puis brunifiés sur marnes et calcaire) seront en particulier étudiées (Véquaud et al., 2021).

Mesures : L’étudiant(e) effectuera des mesures des éléments majeurs, traces et isotopes du lithium sur ces échantillons de sol. Les éléments majeurs et traces seront mesurés par spectrométrie de masse (QQQ ICP-MS à EDYTEM). Pour mesurer les isotopes du lithium, les échantillons de sol seront traités en utilisant des méthodes établies notamment avec l’utilisation de colonnes échangeuses d’ions pour séparer le lithium du reste de la matrice (Dellinger et al., 2014) et mesurés à EDYTEM.

Contexte de travail : Ce stage fait partie du projet ERC Starting Grant LAKE-SWITCH (« Using lake sediments to reconstruct soil weathering trajectories over the Holocene », 2022-2027) porté par le Dr. Mathieu Dellinger au laboratoire EDYTEM. Le laboratoire EDYTEM est une unité de recherche mixte CNRS – Université Savoie Mont-Blanc (USMB). Le campus du Bourget-du-lac (où se trouve le laboratoire EDYTEM) est parfaitement situé pour les activités de plein air, à proximité du lac du Bourget entre Chambéry et Aix-les-Bains, avec un large choix de sports, loisirs et événements culturels proposés par l’Université.

Exigences : Le projet est ouvert aux étudiant(e)s français(e)s et internationaux poursuivant un Master dans le domaine de la géochimie et/ou des sciences de la Terre. Des preuves supplémentaires d’une excellente formation académique et d’une expérience géochimique antérieure dans un laboratoire propre seront appréciées. Un gout pour le travail de terrain sera valorisé car le projet pourra inclure plusieurs sorties de terrain dans les Alpes.

Références :
Bastian, L., Mologni, C., Vigier, N., Bayon, G., Lamb, H., Bosch, D., Kerros, M.-E., Colin, C., Revel, M., 2021. Co-variations of climate and silicate weathering in the Nile Basin during the Late Pleistocene. Quaternary Science Reviews 264, 107012. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2021.107012
Chen, Z., Ding, Z., Yang, S., Sun, J., Zhu, M., Xiao, Y., Tong, F., Liang, Y., 2023. Strong Coupling Between Carbon Cycle, Climate, and Weathering During the Paleocene-Eocene Thermal Maximum. Geophysical Research Letters 50, e2023GL102897. https://doi.org/10.1029/2023GL102897
Dellinger, M., Gaillardet, J., Bouchez, J., Calmels, D., Galy, V., Hilton, R.G., Louvat, P., France-Lanord, C., 2014. Lithium isotopes in large rivers reveal the cannibalistic nature of modern continental weathering and erosion. Earth and Planetary Science Letters 401, 359–372. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2014.05.061
Golla, J.K., Kuessner, M.L., Henehan, M.J., Bouchez, J., Rempe, D.M., Druhan, J.L., 2021. The evolution of lithium isotope signatures in fluids draining actively weathering hillslopes. Earth and Planetary Science Letters 567, 116988. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.116988
Larsen, I.J., Montgomery, D.R., Greenberg, H.M., 2014. The contribution of mountains to global denudation. Geology 42, 527–530.
Rothacker, L., Dosseto, A., Francke, A., Chivas, A.R., Vigier, N., Kotarba-Morley, A.M., Menozzi, D., 2018. Impact of climate change and human activity on soil landscapes over the past 12,300 years. Scientific Reports 8, 247. https://doi.org/10.1038/s41598-017-18603-4
Strandmann, P.A.E.P. von, Dellinger, M., West, A.J., 2021. Lithium Isotopes : A Tracer of Past and Present Silicate Weathering. Elements in Geochemical Tracers in Earth System Science. https://doi.org/10.1017/9781108990752
Véquaud, P., Derenne, S., Anquetil, C., Collin, S., Poulenard, J., Sabatier, P., Huguet, A., 2021. Influence of environmental parameters on the distribution of bacterial lipids in soils from the French Alps : Implications for paleo-reconstructions. Organic Geochemistry 153, 104194. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2021.104194
Zhang, X. (Yvon), Bajard, M., Bouchez, J., Sabatier, P., Poulenard, J., Arnaud, F., Crouzet, C., Kuessner, M., Dellinger, M., Gaillardet, J., 2023. Evolution of the alpine Critical Zone since the Last Glacial Period using Li isotopes from lake sediments. Earth and Planetary Science Letters 624, 118463. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118463