29- EXTRACTION DES ACIDE HUMIQUES ET FULVIQUES DOSAGE DU CARBONE PAR ROCK-EVAL OU CHN (PHASE SOLIDE) I- Principe Cette méthode a été adaptée d après Eric Lichtfouse (comm. Pers.) pour un traitement des résultats en %. Cette analyse va nous permettre de comparer la proportion de carbone contenue dans les acides fulviques (AF) et les acides humiques (AH) (carbone organique extrait) à celle de l'humine (carbone organique non extrait). La figure 29.1 donne une représentation graphique des diverses fractions du carbone dans le sol. Le TEX est le rapport du carbone organique extrait (AF et AH) au carbone organique total. La séparation des AF et AH peut se faire par la suite. Cette méthode a pour but, dans le liquide issu de l'extraction alcaline de séparer les composés peu humifiés acidosolubles (acides fulviques jaunâtres de faible poids moléculaire) des composés plus humifiés acido-insolubles (acides humiques brunâtres, de poids moléculaire supérieur). Par l'abaissement du ph à des valeurs très basses, on provoque la précipitation des AH, que l'on peut récupérer par centrifugation, alors que les AF restent en solution. Figure 29.1: Répartition du carbone dans le sol. carbone total du sol CaCO3 C org. extrait = AF et AH C org. non extrait = humine et frais C minéral C organique total II- Méthode 1) Matériel Mortier et pilon (matériel "solide") ou broyeuse rotative (pulvérisette) pour le matériel fibreux. Balance analytique, précision 0.0001 g. Pots à centrifuger BECKMAN de 250 ml avec bouchon étanche. PH-mètre. Centrifugeuse montant à 15'000 t/min. 1
Branleuse. Bain à ultrasons. Système d aspiration de la trompe à vide pour le siphonage. Système de filtration millipore avec pompe à vide. Filtres GF9 (whatman sans liant organique). Récipient erlenmeyers et béchers de taille variable selon la quantité de surnageant récupéré. Cylindres gradués de taille variable. Chambre froide à 4 C. Analyseur CHN pour doser le carbone total ou Rock-Eval pour séparer le Corg et le Cmin. 2) Réactifs NaOH 0.001N à ph=10 (diluer 1 ml de NaOH 1N dans un ballon jaugé d 1l et compléter à la jauge avec H 2 O et ajuster le ph à 10 si nécessaire avec NaOH ou HCl). NaOH 1N. NaOH 2N HCl 0.1N. HCl 1N. HCl 2N. 3) Mode opératoire a) Echantillon de départ L analyse se fait sur sol séché à l air et tamisé à 2mm (sauf les matériaux très organiques) ou sur une fraction granulométrique résultant d un tamisage et séchée à l air. La prise d essai est de 1 à 2 g pour les tourbes, litières, composts, et de 5g pour les matériaux organominéraux. Pour les échantillons de tourbe ou de compost, il est nécessaire de faire des tests de prise d échantillon au préalable. b) Blancs Il n existe pas de blancs pour cette expérience. c) Procédure Extraction de la matière organique 1. Placer la prise d'essai dans un pot à centrifuger de 250 ml. 2. Ajouter 200 ml de NaOH 0.001N et bien fermer le bouchon. 3. Passer ensuite les échantillons au bain à ultrasons pendant 15 minutes à température ambiante. 4. Ajuster le ph à 10 à l aide de NaOH (soit avec NaOH 1N ou 2N) Dans le cas d'une extraction sur de la tourbe acide, le très fort pouvoir tampon du matériau abaisse immédiatement le ph au-dessous de 5! On utilisera alors NaOH 0.01N comme extractant puis on ajustera le ph avec NaOH 1N si la baisse est très forte, de manière à le maintenir à 10. 2
5. Mettre les échantillons 1h à la branleuse. 6. Equilibrer les pots à 0.01g près! pour ce faire, ajouter du NaOH 0.001N dans les pots. Ne pas oublier de peser les pots avec leurs bouchons à côté!!! Conserver toujours un volume minimal de 200 ml dans les pots (RISQUE DE DEFORMATIONS DES POTS!!!) 7. Centrifuger les tubes à 15'000 t/min durant 15 minutes. Avec le réglage suivant de la centrifugeuse : - Rotor : 16.250 - Speed : 15'000 RPM - Time : 00 :15 - Temp : 20 C - Temp max : 24 C - Accel : 5 min (aide à ce que le culot se colle mieux au fond du pot et moins sur les côtés) - Decel : max 8. Récupérer délicatement le surnageant en le siphonnant à l aide du système d aspiration et le transvaser dans un bécher ou erlenmeyer de grand volume (au moins 1l). 9. Recommencer les étapes 2 à 8 sur le culot, jusqu'à l obtention d'un surnageant limpide, incolore ou jaune très pâle selon les sols, mais au maximum 5x en ajoutant chaque fois le surnageant aux extraits précédents. Attention à re-suspendre au mieux le culot entre chaque extraction! (agitez vigoureusement à la main avant et après les ultasons et si nécessaire le décoller à l aide d une spatule). ATTENTION : REAJUSTER LE PH à CHAQUE EXTRACTION!! 10. Filtrer tout le surnageant obtenu sur un filtre GF9 à l aide du système de filtration millipore. Si la pellicule restée accroché au filtre est vraiment importante on peut essayer de la récupérer et l ajouter au culot (culot contenant les humines) Le surnageant contient les AH et AF dissous. 11. Conserver tout le surnageant pour la séparation des AF/AH. 12. Le culot au final contient les humines, le récupérer à l aide d H 2 O dans un bécher de 250 ml préalablement annoté et pesé. Laisser sécher le contenu du bécher à l air libre sous une hotte de ventilation réservée et vidée de tout autre matériel au préalable et mise sous grande ventilation (GV). Cette étape peut prendre plusieurs jours. 13. Peser le contenu sec du bécher. Merci de signaler le contenu de vos pots pour les autres utilisateurs! 14. Après séchage du culot, une aliquote sera analysée au CHN pour obtenir le C total (ou au Rock-Eval pour le Corg et le Cmin). Remarques : Il n est généralement pas possible de faire 5 extractions en 1 journée. Il est donc conseillé de s arrêter à la fin d une série d extraction en protégeant l erlenmeyer d une feuille de parafilm et de placer ce dernier ainsi que le pot à centrifuger contenant les humine au frigo à 4 C durant une nuit. Reprendre la suite des extractions le lendemain. A la fin des extractions et si la séparation des AF et AH est nécessaire 15. Récupérer l erlenmeyer contenant tous les AF/AH dissous. 16. Amener à ph 1.5 avec de l'hcl 1N ou 2N. Couvrir l erlenmeyer avec du parafilm et laisser reposer une nuit en chambre froide à 4 C. 3
Séparation des AF et AH (SUITE) Le lendemain 1. Mettre le surnageant contenant les AF et les AH dissous dans MAX 2 tubes à centrifuger de 250 ml. (attention!! conserver un volume minimal de 200ml, risque de déformation des pots), équilibrer avec de l HCl 0.1N!!! 2. Centrifuger à 15'000 t/min durant 15 minutes. Réglage de la centrifugeuse : idem que pour la 1 ère extraction. 3. Récupérer le surnageant (AF) en le transvasant délicatement dans un récipient type erlenmeyer ou bécher de 2litres (là, le culot colle fortement au fond du pot, il n est pas nécessaire d utiliser le système de siphonage.) 4. Répéter les étapes 1 à 3 toujours dans les même pots afin de centrifuger tout le volume de surnageant AF/AH. S il ne reste pas assez de liquide pour la dernière centrifugation, utiliser le surnageant récupérer précédemment (au point 3) contenant les AF. Selon la quantité d échantillon, si nécessaire, équilibrer la centrifugeuse avec des pots d eau désio. 5. Laver le culot (AH) avec 200 ml d'hcl 0.1N, Décoller et re-suspendre le culot à l aide d une spatule, puis agiter à la main durant quelques minutes et passer aux ultrasons 2 minutes. 6. Centrifuger à nouveau à 15'000 t/min durant 15 minutes, toujours avec la même programmation de la centrifugeuse. 7. Récupérer le surnageant et l ajouter aux extraits d AF précédents. 8. Le surnageant contient les AF dissous. A priori, on ne le conserve pas puisque qu'on obtiendra leur quantité par déduction dans les calculs. 9. Récupérer le culot contenant les AH à l aide d un minimum d eau désio et le transvaser dans un bécher de 250 ml. Laisser sécher le contenu du bécher à l air libre sous une hotte ventilée réservée et vidée de tout autre matériel au préalable. Cette étape peut prendre plusieurs jours. 10. Doser le culot au CHN pour obtenir le C total (ou au Rock-Eval pour le Corg et le Cmin).!!! Afin d avoir suffisamment d AH en vu du dosage CHN ou rock-eval il est parfois nécessaire de répéter 2 à 3 fois l expérience complète!!!! 4) Récupération Jeter les filtres à la poubelle et vider les échantillons à l évier sous flux d eau important. 5) Conservation Le culot sera re-dissout immédiatement en cas de purification ou séché et conservé dans des boîtes plastiques pour le dosage du CHN par exemple. 4
6) Calculs Cas des échantillons passés au Rock-Eval Soit A la mesure du carbone organique total dans le sol de départ (en %), corrigée par l humidité résiduelle. Soit B la mesure du carbone organique total dans le culot contenant les humines (en %), corrigée par l humidité résiduelle. Soit C la mesure du carbone total dans le culot des AH (en %), corrigée par l humidité résiduelle. TEX = [(% de carbone de AF+AH) / (% de carbone organique total)] x 100 TEX = (A-B)/A x 100 Soit D le pourcentage de carbone des AH par rapport au pourcentage de C org calculé dans la fraction AF/AH D = [C x(a-b)] / 100 Soit E le pourcentage de carbone des AF par rapport au pourcentage de C org calculé dans la fraction AF/AH E = (A-B)-D ou (100-C) x (A-B) / 100 Ainsi, AF/AH = E/D 5
Cas des échantillons passés au CHN Soit A la mesure du carbone total dans le sol de départ (en %), corrigée par l humidité résiduelle. Soit Z la teneur en carbonates de calcium = C min (en %), selon 9_Les carbonates. Dans le cas des tourbes, on néglige le C min et donc Z 0. Soit B la mesure du carbone total dans le culot contenant les humines (en %), corrigée par l humidité résiduelle. Attention, cette valeur est surestimée car il peut y avoir du C min dans la mesure de ce culot!!! Soit C la mesure du carbone total dans le culot des AH (en %), corrigée par l humidité résiduelle. Ici, la valeur est correcte car en milieu acide le C min est dissous. TEX = [(% de carbone de AF+AH) / (% de carbone organique total)] x 100 TEX = ((A-Z)-B)/A x 100 Soit D le pourcentage de carbone des AH par rapport au pourcentage de C org calculé dans la fraction AF/AH D = [C x ((A-Z)-B)] / 100 Soit E le pourcentage de carbone des AF par rapport au pourcentage de C org calculé dans la fraction AF/AH E = [(A-Z)-B]-D ou (100-C) x [(A-Z)-B] / 100 Ainsi, AF/AH = E/D 6