Caractérisation physico-chimique de phytolithes de bambous (Nastus borbonicus)

Avant son transfert aux océans par l’intermédiaires des rivières, l’acide silicique dissous présent dans les solutions interstitielles peut se trouver piéger par les racines des plantes et être ensuite précipité dans les cellules des tissus sous formes de microparticules d’opales appelées phytolithes. Ils pourront être ensuite libérés dans les litières et transférés aux sols ou évacués par voies aériennes ou hydrographiques après dégradation des matières organiques. Il a été montré que la dissolution de ces phytolithes en milieu tropical pouvait contribuer jusqu’à 3 fois plus que la dissolution des minéraux silicatés non biogéniques aux flux de silice dissoute exportés hors du profil d’altération. Le but de ce travail va donc être d’acquérir ces données essentielles afin de mieux quantifier ce cycle biogéochimique du silicium et par conséquent de mieux contraindre le cycle global du silicium. Pour ce faire, plusieurs techniques complémentaires vont être mises en œuvre et appliqués sur des phytolithes de bambous provenant de l’île de la Réunion.

SURFACE PROPERTIES, SOLUBILITY AND DISSOLUTION KINETICS OF BAMBOO PHYTOLITHS

Comme nous l’avons vu, de nombreuses études ont montré que les phytolithes, constitués essentiellement d’opale micrométrique, ont manifestement un contrôle important sur le cycle du silicium dans les environnements terrestres continentaux superficiels. Cependant, les propriétés thermodynamiques et la réactivité dans les solutions aqueuses de ces phytolithes sont encore peu connues. Le but de se travail va donc être de déterminer la solubilité et les vitesses de dissolution de phytolithes de bambous collectés sur l’île de la Réunion et de caractériser leurs propriétés surfaciques via des mesures électrophorétiques et des titrages potentiométriques dans une large gamme de pH. Ainsi, le produit de solubilité des phytolithes de « sol » phytolithes de « sol » et « chauffés » (chauffage à 450°C pour détruire la matière organique). Ce pHIEP est respectivement de 1.2 ± 0.1 et de 2.5 ± 0.2 pour les phytolithes de « sol » et les phytolithes « chauffés », et il correspond au pH pour lequel la surface du phytolithes aura autant de sites surfaciques chargés négativement que de sites chargés positivement. Les titrages acido-basiques de la surface de ces phytolithes ont permis de générer un modèle de complexation surfacique (SCM) à 2 pK. En ce qui concerne les vitesses de dissolution des phytolithes, qui ont été mesurées dans des réacteurs mixed-flow, loin de l’équilibre et dans une gamme de pH allant de 2 à 12, elles se trouvent être intermédiaires entre celles du quartz et celles de la silice vitreuse. La dépendance au pH de ces vitesses de dissolution (R) .

SURFACE PROPERTIES, SOLUBILITY AND DISSOLUTION KINETICS OF BAMBOO PHYTOLITHS

Although phytoliths, constituted mainly by micrometric opal, exhibit an important control on silicon cycle in superficial continental environments, their thermodynamic properties and reactivity in aqueous solution are still poorly known. In this work, we determined the solubility and dissolution rates of bamboo phytoliths collected in the ReMackenzie and Garrels (1966a,b), and Wollast and Mac- kensie (1983), many studies have been aimed at character- izing the global cycle of silicon, however, it is only recently that the importance of the biogenic cycle of this element in terrestrial environments has been recognized (Meunier et al., 1999; Derry et al., 2005). Indeed, it has been shown that a significant amount of silicic acid, that controls sili- con transport in porewaters, can be trapped by plant roots and precipitated in aerial tissues cells as micrometric opal particles called phytoliths. Phytoliths are released duringorganic matter degradation in litter horizon and subse- quently transferred to deeper horizons or evacuated by aer- ial or hydrographical ways (Bartoli, 1981; Piperno, 1988). Alexandre et al. (1997) have shown that in Dimonika lato- soils (Congo) the contribution of phytoliths to the flux of dissolved silica exported from the weathering profile is three times larger than that issued from non-biogenic sili- cate minerals dissolution. Derry et al. (2005) demonstrated the importance of plants in controlling the Si flux in Hawaiian streams, and Pokrovsky et al. (2005) estimated that at least 30% of total Si flux exported by Central Sibe- rian rivers could be linked to plant litter degradation. Another illustration of the important contribution of phy- toliths to the silicon soil reservoir is given by Meunier et al. (1999, 2001) who described,

phytoliths dissolution rate and consequently the approach of equilibrium depend both on temperature and solutions pH. At pH 4 and 6, attainment of steady-state silicic acid concentrations was not reached even after 480, 75, andsurface charge is negative at pH > 4.5 like it is the case for other silicon oxides (Stumm, 1992) and it increases with the increase of the ionic strength (I). These results have been fitted using FITEQL program (Herbelin and Westall, 1996) for I = 0.01, 0.05, and 0.5 M, assuming the constant capacitance of the electric double layer (CCM) and a den-Mechanical steady-state conditions (corresponding tofive times renewing of solution in the reactor as indicated by vertical dashed lines in Fig. 7) were achieved after 8 h to 3 days depending on the flow rate. Examples of chemical steady-state attainment are presented in Fig. 7 where the outlet Si concentration is plotted as a function of time for different pH and flow rates.