Study of the aquatic dissolved organic matter from the Seine River catchment

247 Pages·2017·24.64 MB·English

by  Phuong Thanh Nguyen

Study of the aquatic dissolved organic matter from the
Seine River catchment (France) by optical spectroscopy
combined to asymmetrical flow field-flow fractionation
Phuong Thanh Nguyen
To cite this version:
PhuongThanhNguyen. StudyoftheaquaticdissolvedorganicmatterfromtheSeineRivercatchment
(France) by optical spectroscopy combined to asymmetrical flow field-flow fractionation. Analytical
chemistry. Université de Bordeaux, 2014. English. ￿NNT: 2014BORD0154￿. ￿tel-01170629￿
HAL Id: tel-01170629
https://theses.hal.science/tel-01170629
Submitted on 2 Jul 2015
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A THESIS SUBMITTED IN CONFORMITY WITH THE REQUIREMENTS
FOR THE DEGREE OF

DOCTOR

UNIVERSITY OF BORDEAUX
DOCTORAL SCHOOL OF CHEMICAL SCIENCES
SPECIALITY: Analytical and Environmental Chemistry

by Phuong Thanh NGUYEN

Study of the aquatic dissolved organic matter from the
Seine River catchment (France) by optical spectroscopy
combined to asymmetrical flow field-flow fractionation

Supervised by: Edith PARLANTI

Defense on Thursday 6 November, 2014

Members of jury:

Ms LESPES Gaëtane, Professor, University of Pau and Pays de l’Adour Reviewer
Mr MOUNIER Stéphane, Lecturer, University of Sud Toulon-Var Reviewer
Mr VARRAULT Gilles, Professor, University of Paris-Est Créteil Examiner
Mr ORANGE Didier, Researcher, IRD - iEES-Paris Examiner
Mr MAZELLIER Patrick, Professor, University of Bordeaux Examiner
Ms PARLANTI Edith, Researcher, University of Bordeaux Director of thesis

THÈSE PRÉSENTÉE
POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR DE

L’UNIVERSITÉ DE BORDEAUX
ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES CHIMIQUES
SPÉCIALITÉ : Chimie Analytique et Environnementale

Par Phuong Thanh NGUYEN

Étude de la matière organique dissoute aquatique dans le
bassin versant de la Seine (France) par spectroscopie op-
tique combinée au fractionnement par couplage flux/force
avec flux asymétrique

Sous la direction de : Edith PARLANTI

Soutenue le 6 Novembre 2014

Membres du jury :

Mme LESPES Gaëtane, Professeur, Université de Pau et des Pays de l’Adour Rapporteur
M. MOUNIER Stéphane, Maître de Conférences, Université du Sud Toulon-Var Rapporteur
M. VARRAULT Gilles, Professeur, Université Paris-Est Créteil Examinateur
M. ORANGE Didier, Chargé de Recherche, IRD - iEES-Paris Examinateur
M. MAZELLIER Patrick, Professeur, Université de Bordeaux Examinateur
Mme PARLANTI Edith, Chargée de Recherche, Université de Bordeaux Directrice de thèse

Dedicated to

My parents
My husband
My lovely son

ABSTRACT OF THESIS

Title: Study of the aquatic dissolved organic matter from the Seine River catchment (France)
by optical spectroscopy combined to asymmetrical flow field-flow fractionation.
Abstract: The main goal of this thesis was to investigate the characteristics of dissolved
organic matter (DOM) within the Seine River catchment in the Northern part of France. This
PhD thesis was performed within the framework of the PIREN-Seine research program. The
application of UV/visible absorbance and EEM fluorescence spectroscopy combined to
PARAFAC and PCA analyses allowed us to identify different sources of DOM and
highlighted spatial and temporal variations of DOM properties. The Seine River was
characterized by the strongest biological activity. DOM from the Oise basin seemed to have
more "humic" characteristics, while the Marne basin was characterized by a third specific
type of DOM. For samples collected during low-water periods, the distributions of the 7
components determined by PARAFAC treatment varied between the studied sub-basins,
highlighting different organic materials in each zone. A homogeneous distribution of the
components was obtained for the samples collected in period of flood.
Then, a semi-quantitative asymmetrical flow field-flow fractionation (AF4) methodology was
developed to fractionate DOM. The following optimized parameters were determined: a
cross-flow rate of 2 ml min-1 during the focus step with a focusing time of 2 min and an
exponential gradient of cross-flow from 3.5 to 0.2 ml min-1 during the elution step. The
fluorescence properties of various size-based fractions of DOM were evaluated by applying
the optimized AF4 methodology to fractionate 13 samples, selected from the three sub-basins.
The fluorescence properties of these fractions were analysed, allowing us to discriminate
between the terrestrial or autochthonous origin of DOM.

Keywords: dissolved organic matter (DOM); colloids; freshwater aquatic ecosystems;
asymmetrical flow field-flow fractionation (AF4); EEM fluorescence spectroscopy; UV–
Visible absorbance; parallel factor analysis (PARAFAC); principal component analysis
(PCA); Seine River catchment.

UMR CNRS 5805 EPOC – Oceanic and Continental Environments et Paleoenvironments
LPTC group – Laboratory of environmental and toxicological chemistry
University of Bordeaux - 351 cours de la Libération - 33405 Talence cedex – France
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RESUME DE LA THESE
Titre : Étude de la matière organique dissoute aquatique dans le bassin versant de la Seine
(France) par spectroscopie optique combinée au fractionnement par couplage flux/force avec
flux asymétrique.
Résumé : Le but principal de cette thèse était d'étudier les caractéristiques de la matière
organique dissoute (MOD) dans le bassin versant de la Seine. Ce travail a été réalisé dans le
cadre du programme de recherche PIREN-Seine. Les travaux présentés ici visaient plus
particulièrement à identifier les sources de MOD et à suivre son évolution dans les zones
d’étude. L’analyse des propriétés optiques (UV-Visible, fluorescence) de la MOD, couplée
aux traitements PARAFAC et ACP, a permis de discriminer différentes sources de MOD et
de mettre en évidence des variations spatio-temporelles de ses propriétés. L’axe Seine, en aval
de Paris, a notamment été caractérisé par l'activité biologique la plus forte. La MOD du bassin
de l’Oise a montré des caractéristiques plus "humiques", tandis que le bassin de la Marne a été
caractérisé par un troisième type spécifique de MOD. Il a d’autre part été mis en évidence la
présence de MODs spécifiques dans chaque zone pour les échantillons prélevés en périodes
d’étiage, alors qu’une distribution homogène des composants a été obtenue pour l’ensemble
des échantillons prélevés en période de crue.
Le rôle environnemental des colloïdes naturels étant étroitement lié à leur taille, il a d’autre
part été développé une technique analytique/séparative originale pour l’étude de ce matériel
complexe, un fractionnement par couplage flux/force avec flux asymétrique (AF4). Le
fractionnement par AF4 des échantillons a confirmé la variabilité spatio-temporelle en
composition et en taille de la MOD d'un site de prélèvement à un autre et a permis de
distinguer différentes sources de MOD colloïdale confirmant les résultats de l’étude de ses
propriété optiques.
Mots Clés : matière organique dissoute (MOD) ; colloïdes ; écosystèmes aquatiques d’eau
douce ; fractionnement par flux/force avec flux asymétrique (AF4) ; spectroscopie de
fluorescence EEM ; absorbance UV-Visible ; analyse factorielle parallèle (PARAFAC) ;
analyse des composantes principales (ACP) ; Bassin versant de la Seine

UMR CNRS 5805 EPOC - Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux
Equipe LPTC – Laboratoire de Physico et ToxicoChimie de l’environnement
Université de Bordeaux - 351 cours de la Libération - 33405 Talence cedex
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