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# Signatures isotopiques et magnétochimiques des Particules Atmosphèriques du BMP : premiers résultats

Pierre-Etienne Mathe, Myriam Janin

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Pierre-Etienne Mathe, Myriam Janin. Signatures isotopiques et magnétochimiques des Particules Atmosphèriques du BMP : premiers résultats. Séminaires de l'OHM Bassin Minier de Provence. Restitution des études 2014, OHM BMP, Oct 2015, Trets, France. http://hal.science/hal-03902712

HAL Id: hal-03902712

https://hal.science/hal-03902712

Submitted on 16 Dec 2022

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# Signatures isotopiques et magnétisme des poussières atmosphériques du BMP

Séminaire annuel OHMBMP

Trets, le 5 Octobre 2015

[mathe@cerege.fr](mailto:mathe@cerege.fr)

Centre Européen de Recherche et d'Enseignement des Géosciences Environnement – AMU

[Myriam.Janin@unimes.fr](mailto:Myriam.Janin@unimes.fr)

CHROME- UNIMES
## Objectifs:

Discrimination multi-proxys de l'origine des poussières naturelles ou anthropiques en contexte de territoires géographiquement et industriellement morcelés.

### Test méthodologique:

*Magnétisme des roches appliqué aux aérosols industriels régionaux (traçage des sources, retombées) –Georgeaud (1997), Lecoanet (2001)-. Spécificités du Bassin minier de Provence.*

* Méthodes spécifiques du fer et métaux ferreux, ou affinités; tailles de grains*

* Outils isotopiques (Strontium, développement analytiques sur les métaux au GIS (Myriam Janin).*

* Méthodes par digestions chimiques*

* Validation de la complémentarité des méthodes et diagnostics*

* Aide à la décision (carte d'identité et de répartition des particules fines PM 2.5- 10 voire infra)*
Historique

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Echantillonnage par collecte de feuilles d'arbres et sources

Analyses des éléments chimiques pertinents sur extraits, mesures magnétiques directe sur feuilles ou sur poudres.
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<figure><img src="image_5.png" /></figure>

Lecoanet et al. (2001)

Magnétisme des roches appliqué au traçage des sources en PACA : exemple Berre Fos
Méthodologie magnétisme des roches:
# Susceptibilité K et ordre magnétique :

## Ordre diamagnétique Kd<0 Répulsion faible

Matériaux non ferreux (métal ou ions)

Minéraux: Calcite (-12,3.10⁻⁶ SI), Quartz (-14,5.10⁻⁶ SI)

<figure><img src="image_6.png" /></figure>

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

## Ordre paramagnétique Kp>0
ions du fer dilué sans interactions

Minéraux: argiles Fe<sup>II,III</sup>, etc (+10 10<sup>-6</sup> SI)

<figure><img src="image_8.png" /></figure>

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

## Ordre ferromagnétisme s.l. Kf>>0
interactions +ou-
aimants permanents

FERRO Fer K=3,9 SI

FERRI Magnétite (Fe₃O₄) K =3 SI

AF+ff Hématite (αFe₂O₃) K=0,5-40000 10⁻⁶ SI

<figure><img src="image_10.png" /></figure>

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>c- Ferromagnétique s.s.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>d- Antiferromagnétique</figcaption></figure>

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>e- Ferrimagnétique</figcaption></figure>

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>f- Ferromagnétique faible.</figcaption></figure>
Susceptibilité magnétique et températures d'ordre:

Au dessus d'une température d'ordre dite de Curie ou de Néel, les effets de l'agitation thermique contrecarrent l'ordre ferromagnétique s.l.

<figure><img src="image_15.png" /></figure>

Les moments magnétiques n'étant plus alignés, on assiste à une transition de phase ferro-paramagnétique caractéristique du matériaux.

L'adjonction d'ions non magnétiques dans la structure minérale joue l'effet d'un diluant, les température d'ordre diminuent en proportion.
# Caractérisation des sources: courbes thermomagnétiques

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>## Cendres volantes centrales charbons</figcaption></figure>

Ttraitement thermique <T Irréversibilité

Faibles K

Transformation Pyrite FeS/ Magnétite Fe<sup>II,III</sup>3O4 (Faible paramagnétisme/ Ferro) au chauffage
# Caractérisation des sources: courbes thermomagnétiques K=f(T)

## Cendres de foyer 2ᵉ sem 2008 centrale charbons

<figure><img src="image_17.png" /></figure>

Température de Curie Tc: Magnétite (Fe<sup>II</sup>,<sup>III</sup>3O4)
Irréversibilité : T traitement thermique > Tc

* Identification des porteurs en traces (ppm);
* Identification des process thermiques

## Discrimination porteurs naturels/anthropiques au sein des échantillons de poussières
# Susceptibilité magnétique et dépendance en fréquence

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

Discrimination en tailles et spéciation magnétique des sources
# Cartographie de susceptibilité magnétique K sur feuilles d'arbres

<figure><img src="image_19.png" /></figure>

## Spéciation magnétique du fer:

* Cimenterie: Traces ferromagnétiques : magnétite, métal?

* Boues rouges: hématite grains fins (<0,1µ) antiferromagnétiques

* Alumine: Al + hématite grains fins (<0,1µ) antiferromagnétiques

* Points singuliers: rééchantillonnage ou suivi temporel.
# C'est quoi un isotope ?

* **Exemple du strontium:**

* Le ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr d'un matériau naturel dépend:

- Sa [Rb]

- Son âge

- Son histoire géologique

* Le ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr d'un matériau anthropique dépend de:

- Son origine

- Sa composition

- Ses procédés de fabrication

- ...

→ Notion de **signature isotopique des matériaux**

→ **Identification des sources** d'un mélange

<figure><img src="image_20.png" /></figure>

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

<footnote n="87">⁸⁷Sr/⁸⁶Sr(t)</footnote>

<footnote>Krzemiński et al., 2010</footnote>
L'intérêt de l'isotopie ? - Exemple

* Guéguen et al. [2012]: *Chemical and isotopic properties and origin of coarse airbone particles collected by passive samplers in industrial, urban and rural environments* → caractérisation géographique ponctuelle via la signature isotopique des sources de pollutions potentielles

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>**Fig. 5.** εNd vs. 87Sr/86Sr isotope diagrams showing (A) the main sources of pollution: industries (end-member A, reddish field); traffic (end-member B); wood burning (beige field); and natural emissions (end-member C, green field). The gray plume represents the field obtained from tree-bark biomonitoring (Lahd Geagea et al., 2007, 2008a); and (B) the variation of Sr and Nd isotopic compositions in the dust samples (this study). UCCª from Lahd Geagea et al. (2008b); UCCᵇ from Steinmann and Stille (1999), and Tricca et al. (1999). Fertilizers (I) and (II) have not only significantly different chemical but also Sr and Nd isotopic compositions. (For interpretation of the references to colour in this figure legend, the reader is referred to the web version of this article.)</figcaption></figure>
# Signatures isotopiques des sources

<figure><img src="image_23.png" /></figure>
Conclusions:

* Magnétisme des roches

Diagnostic des minéraux traces direct (non destructif et rapide)

Dans les contextes de faible teneurs et faibles susceptibilités K#0, indétermination sur les sources en mélanges quand à la magnétochimie des grains (mélange antiferro-hématite grains fins-+ diamagnétiques Al ou Ca)

Diagnostique de tailles nanomètriques

* Isotopie: discriminant de sources naturelles, la bauxite, les résidus industriels.

* Dans le cas de signatures proches, magnétique ou isotopiques, le couplage des méthodes lève certaines indéterminations.

* Perspectives:

jeu de données et suivi temporel;

pollution de sols : effets de dilution