Ecologie industrielle de l'aluminium, flux de matières et d'énergie : réalités et enjeux du recyclage

Dans les dernières années du 20ème siècle, l'aluminium a fait l'objet de beaucoup de communications outrancières et divergentes cautionnées par des scientifiques et des organismes faisant autorité. En 1986, la société PECHINEY le décrète perpétuel tel le mouvement « L'aluminium est éternel. Il est recyclable indéfiniment sans que ses propriétés soient altérées », ce qui nous avait alors irrité. Peu de temps après, en 1990, une communication tout aussi outrancière et irritante d'une grande organisation environnementale, le World Wild Fund, décrète que « le recyclage de l'aluminium est la pire menace pour l'environnement. Il doit être abandonné ». C'est ensuite à partir de la fin des années 1990, l'explosion des publications relatives au développement durable, le bien mal nommé. Au développement, synonyme de croissance obligatoire, nous préférons société ou organisation humaine et à durable, mauvaise traduction de l'anglais « sustainable », nous préférons supportable : idéalement, nous aurions souhaité parler de société durable, mais, pour être compris de tous, nous nous sommes limités à parler dorénavant de développement supportable. Pour l'essentiel, ces publications reconnaissent les très graves défauts de la métallurgie extractive de l'aluminium à partir du minerai et aussi les mérites extraordinaires du recyclage de l'aluminium puisqu'il représente moins de 10% de la consommation d'énergie de la métallurgie extractive à partir du minerai (on verra que c'est aussi moins de 10% de la pollution et du capital). C'est précisément sur le recyclage que se fondent les campagnes de promotion de l'emballage boisson, en Suisse en particulier. Cependant, les données concernant le recyclage de l'aluminium publiées par l'industrie de l'aluminium reflètent seulement en partie ces mérites. Dans les années 1970, les taux de croissance de la production recyclée sont devenus plus élevés que ceux de la production électrolytique. Par contre, les taux de recyclage, établis à indicateur identique, sont unanimement tous médiocres comparativement à d'autres matériaux tels le cuivre et le fer. Composante de l'industrie de l'aluminium, le recyclage bénéficie d'une image favorable auprès du grand public, démontrant le succès des campagnes de communication. A l'inverse, à l'intérieur de l'industrie de l'aluminium, c'est une image dévalorisée. Les opinions émises par tous les acteurs, commerçants, techniciens, dirigeants, encore recueillies pendant ce travail, sont les suivantes : métier de chiffonnier, métier misérable, métier peu technique mais très difficile (un recycleur 15 d'aluminium n'a-t-il pas dit que son métier était un métier d'homme alors que celui du recycleur de cuivre était un jeu d'enfant). A notre avis ces opinions appartiennent à un passé révolu qu'elles retraduisent cependant fidèlement car le recyclage est aujourd'hui reconnu comme une contribution majeure au développement supportable de l'aluminium. C'est bien pour cette raison que, en 2000, l'industrie de l'aluminium mondiale a décidé d'abandonner le qualificatif « secondaire » jusque là utilisé pour désigner le métal recyclé. C'est en raison de toutes ces données discordantes et parfois contradictoires qu'a débuté ce travail encouragé par de nombreuses personnalités. Notre engagement a été incontestablement facilité par notre connaissance des savoirs indispensables (métallurgie, économie, statistiques) et surtout notre expérience acquise au cours d'une vie professionnelle menée à l'échelle mondiale dans (recherche et développement, production), pour (recherche, développement, marketing, stratégie) et autour (marketing, stratégie de produits connexes, les ferro-alliages, et concurrents, le fer) de l'industrie de l'aluminium. Notre objectif est de faire la vérité sur le recyclage de l'aluminium, un matériau qui a très largement contribué à faire le 20ème siècle, grâce à une revue critique embrassant tous les aspects de cette activité méconnue ; ainsi il n'y a pas d'histoire du recyclage de l'aluminium alors qu'il est plus que centenaire. Plus qu'une simple compilation, cette revue critique a été conduite comme une enquête scientifique, technique, économique, historique, socio-écologique faisant ressortir les faits principaux ayant marqué l'évolution du recyclage de l'aluminium. Elle conclut sur l'état réel du recyclage, qui se révèle globalement satisfaisant avec ses forces et ses faiblesses, et au-delà du recyclage sur l'adéquation de l'aluminium au développement supportable, adéquation largement insuffisante. C'est pourquoi, elle suggère les thèmes d'études intéressant tous ceux scientifiques, techniciens, historiens, économistes, juristes concernés par une industrie très représentative de notre monde en devenir, un monde où la place de l'aluminium dépendra de son aptitude à satisfaire les critères du développement supportable. ABSTRACT Owing to recycling, the aluminium industry's global energetic and environmental prints are much lower than its ore extractive metallurgy's ones. Likewise, recycling will allow the complete use of the expected avalanche of old scraps, consequently to the dramatic explosion of aluminium consumption since the 50's. The recycling state is characterized by: i) raw materials split in two groups :one, the new scrap, internal and prompt, proportional to semi-finished and finished products quantities, exhibits a fairly good and regular quality. The other, the old scrap, proportional to the finished products arrivïng at their end-of--life, about 22 years later on an average, exhibits a variable quality depending on the collect mode. ii) a poor recycling rate, near by that of steel. The aluminium industry generates too much new internal scrap and doesn't collect all the availa~e old scrap. About 50% of it is not recycled (when steel is recycling about 70% of the old scrap flow). iii) recycling techniques, all based on melting, are well handled in spite of aluminium atiiníty to oxygen and the practical impossibility to purify aluminium from any impurity. Sorting and first collect are critical issues before melting. iv) products and markets of recycled aluminium :New scraps have still been recycled in the production lines from where there are coming (closed loop). Old scraps, mainly those mixed, have been first recycled in different production lines (open loop) :steel deoxidation products followed during the 30's, with the development of the foundry alloys, by foundry pieces of which the main market is the automotive industry. During the 80's, the commercial development of the beverage can in North America has permitted the first old scrap recycling closed loop which is developing. v) an economy with low and erratic margins because the electrolytic aluminium quotation fixes scrap purchasing price and recycled aluminium selling price. vi) an industrial organisation historically based on the scrap group and the loop mode. New scrap is recycled either by the transformation industry itself or by the recycling industry, the remelter, old scrap by the refiner, the other component of the recycling industry. The big companies, the "majors" are often involved in the closed loop recycling and very seldom in the open loop one. To-day, aluminium industry's global energetic and environmental prints are too unbeara~ e and the sustainaЫe development criteria are not fully met. Critical issues for the aluminium industry are to better produce, to better consume and to better recycle in order to become a real sustainaЫe development industry. Specific issues to recycling are a very efficient recycling industry, a "sustainaЫe development" economy, a complete old scrap collect favouring the closed loop. Also, indirectly connected to the recycling, are a very efficient transformation industry generating much less new scrap and a finished products industry delivering only products fulfilling sustainaЫe development criteria.

High-resolution magnetic resonance imaging quantitatively detects individual pancreatic islets.

OBJECTIVE-We studied whether manganese-enhanced high-field magnetic resonance (MR) imaging (MEHFMRI) could quantitatively detect individual islets in situ and in vivo and evaluate changes in a model of experimental diabetes.RESEARCH DESIGN AND METHODS-Whole pancreata from untreated (n = 3), MnCl(2) and glucose-injected mice (n = 6), and mice injected with either streptozotocin (STZ; n = 4) or citrate buffer (n = 4) were imaged ex vivo for unambiguous evaluation of islets. Exteriorized pancreata of MnCl(2) and glucose-injected mice (n = 6) were imaged in vivo to directly visualize the gland and minimize movements. In all cases, MR images were acquired in a 14.1 Testa scanner and correlated with the corresponding (immuno)histological sections.RESULTS-In ex vivo experiments, MEHFMRI distinguished different pancreatic tissues and evaluated the relative abundance of islets in the pancreata of normoglycemic mice. MEHFMRI also detected a significant decrease in the numerical and volume density of islets in STZ-injected mice. However, in the latter measurements the loss of beta-cells was undervalued under the conditions tested. The experiments on the externalized pancreata confirmed that MEHFMRI could visualize native individual islets in living, anesthetized mice.CONCLUSIONS-Data show that MEHFMRI quantitatively visualizes individual islets in the intact mouse pancreas, both ex vivo and in vivo. Diabetes 60:2853-2860, 2011

Lufaxin, a novel factor Xa inhibitor from the salivary gland of the sand fly Lutzomyia longipalpis blocks protease-activated receptor 2 activation and inhibits inflammation and thrombosis in vivo.

OBJECTIVE: Blood-sucking arthropods' salivary glands contain a remarkable diversity of antihemostatics. The aim of the present study was to identify the unique salivary anticoagulant of the sand fly Lutzomyia longipalpis, which remained elusive for decades. METHODS AND RESULTS: Several L. longipalpis salivary proteins were expressed in human embryonic kidney 293 cells and screened for inhibition of blood coagulation. A novel 32.4-kDa molecule, named Lufaxin, was identified as a slow, tight, noncompetitive, and reversible inhibitor of factor Xa (FXa). Notably, Lufaxin's primary sequence does not share similarity to any physiological or salivary inhibitors of coagulation reported to date. Lufaxin is specific for FXa and does not interact with FX, Dansyl-Glu-Gly-Arg-FXa, or 15 other enzymes. In addition, Lufaxin blocks prothrombinase and increases both prothrombin time and activated partial thromboplastin time. Surface plasmon resonance experiments revealed that FXa binds Lufaxin with an equilibrium constant ≈3 nM, and isothermal titration calorimetry determined a stoichiometry of 1:1. Lufaxin also prevents protease-activated receptor 2 activation by FXa in the MDA-MB-231 cell line and abrogates edema formation triggered by injection of FXa in the paw of mice. Moreover, Lufaxin prevents FeCl(3)-induced carotid artery thrombus formation and prolongs activated partial thromboplastin time ex vivo, implying that it works as an anticoagulant in vivo. Finally, salivary gland of sand flies was found to inhibit FXa and to interact with the enzyme. CONCLUSIONS: Lufaxin belongs to a novel family of slow-tight FXa inhibitors, which display antithrombotic and anti-inflammatory activities. It is a useful tool to understand FXa structural features and its role in prohemostatic and proinflammatory events.

Use of quantum dots in aqueous solution to detect blood fingermarks on non-porous surfaces.

A new and original reagent based on the use of highly fluorescent cadmium telluride (CdTe) quantum dots (QDs) in aqueous solution is proposed to detect weak fingermarks in blood on non-porous surfaces. To assess the efficiency of this approach, comparisons were performed with one of the most efficient blood reagents on non-porous surfaces, Acid Yellow 7 (AY7). To this end, four non-porous surfaces were studied, i.e. glass, transparent polypropylene, black polyethylene, and aluminium foil. To evaluate the sensitivity of both reagents, sets of depleted fingermarks were prepared, using the same finger, initially soaked with blood, which was then successively applied on the same surface without recharging it with blood or latent secretions. The successive marks were then cut in halves and the halves treated separately with each reagent. The results showed that QDs were equally efficient to AY7 on glass, polyethylene and polypropylene surfaces, and were superior to AY7 on aluminium. The use of QDs in new, sensitive and highly efficient latent and blood mark detection techniques appears highly promising. Health and safety issues related to the use of cadmium are also discussed. It is suggested that applying QDs in aqueous solution (and not as a dry dusting powder) considerably lowers the toxicity risks.

Vasopressin-stimulated CFTR Cl- currents are increased in the renal collecting duct cells of a mouse model of Liddle's syndrome.

Liddle's syndrome is a genetic form of hypertension linked to Na(+) retention caused by activating mutations in the COOH terminus of the beta or gamma subunit of the epithelial sodium channel (ENaC). In this study, we used the short-circuit current (I(sc)) method to investigate the effects of deamino-8-d-arginine vasopressin (dDAVP) on Na(+) and Cl(-) fluxes in primary cultures of cortical collecting ducts (CCDs) microdissected from the kidneys of mice with Liddle's syndrome carrying a stop codon mutation, corresponding to the beta-ENaC R(566) stop mutation (L) found in the original pedigree. Compared to wild-type (+/+) CCD cells, untreated L/+ and L/L CCD cells exhibited 2.7- and 4.2-fold increases, respectively, in amiloride-sensitive (Ams) I(sc), reflecting ENaC-dependent Na(+) absorption. Short-term incubation with dDAVP caused a rapid and significant increase (approximately 2-fold) in Ams I(sc) in +/+, but not in L/+ or L/L CCD cells. In sharp contrast, dDAVP induced a greater increase in 5-nitro-2-(3-phenylpropamino)benzoate (NPPB)-inhibited apical Cl(-) currents in amiloride-treated L/L and L/+ cells than in their +/+ counterparts. I(sc) recordings performed under apical ion substituted conditions revealed that the dDAVP-stimulated apical secretion of Cl(-), which was absent in cultured CCDs lacking CFTR, was 1.8-fold greater in L/+ and 3.7-fold greater in L/L CCD cells than in their +/+ CCD counterparts. After the basal membrane had been permeabilized with nystatin and a basal-to-apical Cl(-) gradient had been imposed, dDAVP also stimulated larger Cl(-) currents across L/L and L/+ CCD layers than +/+ CCD layers. These findings demonstrate that vasopressin stimulates greater apical CFTR Cl(-) conductance in the renal CCD cells of mice with Liddle's syndrome than in wild-type mice. This effect could contribute to the enhanced NaCl reabsorption observed in the distal nephron of patients with Liddle's syndrome.

cAMP-dependent chloride secretion mediates tubule enlargement and cyst formation by cultured mammalian collecting duct cells.

Polycystic kidney diseases result from disruption of the genetically defined program that controls the size and geometry of renal tubules. Cysts which frequently arise from the collecting duct (CD) result from cell proliferation and fluid secretion. From mCCD(cl1) cells, a differentiated mouse CD cell line, we isolated a clonal subpopulation (mCCD-N21) that retains morphogenetic capacity. When grown in three-dimensional gels, mCCD-N21 cells formed highly organized tubular structures consisting of a palisade of polarized epithelial cells surrounding a cylindrical lumen. Subsequent addition of cAMP-elevating agents (forskolin or cholera toxin) or of membrane-permeable cAMP analogs (CPT-cAMP) resulted in rapid and progressive dilatation of existing tubules, leading to the formation of cystlike structures. When grown on filters, mCCD-N21 cells exhibited a high transepithelial resistance as well as aldosterone- and/or vasopressin-induced amiloride-sensitive and -insensitive current. The latter was in part inhibited by Na(+)-K(+)-2Cl(-) cotransporter (bumetanide) and chloride channel (NPPB) inhibitors. Real-time PCR analysis confirmed the expression of NKCC1, the ubiquitous Na(+)-K(+)-2Cl(-) cotransporter and cystic fibrosis transmembrane regulator (CFTR) in mCCD-N21 cells. Tubule enlargement and cyst formation were prevented by inhibitors of Na(+)-K(+)-2Cl(-) cotransporters (bumetanide or ethacrynic acid) or CFTR (NPPB or CFTR inhibitor-172). These results further support the notion that cAMP signaling plays a key role in renal cyst formation, at least in part by promoting chloride-driven fluid secretion. This new in vitro model of tubule-to-cyst conversion affords a unique opportunity for investigating the molecular mechanisms that govern the architecture of epithelial tubes, as well as for dissecting the pathophysiological processes underlying cystic kidney diseases.

The efficacy of a protective cream in a real-world apprentice hairdresser environment.

The object of this study was to compare the protective action of a new barrier cream (Excipial Protect, Spirig Pharma AG, Egerkingen, Switzerland) to its vehicle in the context of hand irritation of apprentice hairdressers caused by repeated shampooing and exposure to hair-care products. This was a double-blind cross-over comparing Excipial Protect (containing aluminium chlorohydrate 5% as active ingredient) against its vehicle alone. The efficacy of the creams was evaluated taking into account: (1) clinical scores by researchers, (2) biometric measurements, (3) subjective opinions of the subjects. An analysis of variance was performed considering order of application, degree of atopy, and reported number of shampoos. We observed very little difference in efficacy between the protective cream and its vehicle. The presence, however, of aluminium chlorhydrate in the protective cream was shown to have a positive effect against work-related irritation. The cosmetic qualities of the creams seemed, to the participants, to be as important as their real protective and hydrating properties, an important factor in compliance issues.

Mouse GLUT9: evidences for a urate uniporter.

GLUT9 (SLC2A9) is a newly described urate transporter whose function, characteristics, and localization have just started to be elucidated. Some transport properties of human GLUT9 have been studied in the Xenopus laevis oocyte expression system, but the type of transport (uniport, coupled transport system, stoichiometry ... .) is still largely unknown. We used the same experimental system to characterize in more detail the transport properties of mouse GLUT9, its sensitivity to several uricosuric drugs, and the specificities of two splice variants, mGLUT9a and mGLUT9b. [(14)C]urate uptake measurements show that both splice variants are high-capacity urate transporters and have a K(m) of approximately 650 microM. The well-known uricosuric agents benzbromarone (500 microM) and losartan (1 mM) inhibit GLUT9-mediated urate uptake by 90 and 50%, respectively. Surprisingly, phloretin, a glucose-transporter blocker, inhibits [(14)C]urate uptake by approximately 50% at 1 mM. Electrophysiological measurements suggest that urate transport by mouse GLUT9 is electrogenic and voltage dependent, but independent of the Na(+) and Cl(-) transmembrane gradients. Taken together, our results suggest that GLUT9 works as a urate (anion) uniporter. Finally, we show by RT-PCR performed on RNA from mouse kidney microdissected tubules that GLUT9a is expressed at low levels in proximal tubules, while GLUT9b is specifically expressed in distal convoluted and connecting tubules. Expression of mouse GLUT9 in the kidney differs from that of human GLUT9, which could account for species differences in urate handling.

Role of the renal circadian timing system in maintaining water and electrolytes homeostasis.

Many basic physiological functions exhibit circadian rhythmicity. These functional rhythms are driven, in part, by the circadian clock, an ubiquitous molecular mechanism allowing cells and tissues to anticipate regular environmental events and to prepare for them. This mechanism has been shown to play a particularly important role in maintaining stability (homeostasis) of internal conditions. Because the homeostatic equilibrium is continuously challenged by environmental changes, the role of the circadian clock is thought to consist in the anticipative adjustment of homeostatic pathways in relation with the 24h environmental cycle. The kidney is the principal organ responsible for the regulation of the composition and volume of extracellular fluids (ECF). Several major parameters of kidney function, including renal plasma flow (RPF), glomerular filtration rate (GFR) and tubular reabsorption and secretion have been shown to exhibit strong circadian oscillations. Recent evidence suggest that the circadian clock can be involved in generation of these rhythms through external circadian time cues (e.g. humoral factors, activity and body temperature rhythms) or, trough the intrinsic renal circadian clock. Here, we discuss the role of renal circadian mechanisms in maintaining homeostasis of water and three major ions, namely, Na(+), K(+) and Cl(-).

Elemental and isotopic zoning in natural alpine quartz

THESIS ABSTRACT : Stable isotope geochemistry is used to help resolve a large number of geological questions. In order to do this, it is essential to understand the different mechanisms that govern isotopic fractionation processes between different phases and to identify the conditions required to reach equilibrium fractionation. However, at low temperatures, these processes are poorly constrained and many factors can induce differential partitioning of the isotopes between sectors of a mineral species and the fluid during mineral growth. This can result in so-called 'sector zoning' of a mineral species. The aim of this thesis is to evaluate the occurrence of sector zoning of the oxygen isotopes and trace elements in natural α-quartz crystals and to identify the reasons for such zoning. The implications for the fluid-mineral interactions are studied in the context of the Alpine metamorphism. The approach chosen has focused on examining the crystal structure, cathodoluminescence appearance (CL), and on relating elemental (e.g. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) to stable oxygen isotope compositions between and along different growth sectors. Low temperature quartz samples were selected from Alpine veins in different localities, where growth conditions have already been well constrained. The mineralogy as well as the isotopic compositions of the host rocks were also investigated, in order to interpret the variations obtained between the different growth stages in the framework of fluid-rock interaction during Alpine metamorphism. Depending on the growth conditions, most of the studied quartz is strongly zoned in CL, and it reveals corresponding zonations in the trace element content (e.g. growth zoning). Aluminium, substituting for Si in the lattice, was found in concentrations up to 1000's ppma, and its distribution is strongly related to Li and H and to a lesser extent, to Ge. Elemental sector zoning is evident from the distribution of these three elements since they exhibit differences in their respective concentrations between faces for distinct growth zones, with prismatic faces having the lowest Al contents. Quartz from veins in magmatic rocks, for example, tend to have lower Al concentrations and similar concentrations of Li and Ti suggesting also a contribution of these elements from the host rock. The relationship between Al and Li is still correlated. Only Alpine crystals grown at higher temperatures (~400°C) without any CL zoning feature are free of these impurities and do not show such zoning characteristics. Differences in the δ18O values were measured between different faces principally in the AIenriched growth zones or stages. These results were confirmed by the means of two different methods (in situ/non in situ). However, it was determined that the Al concentrations do not affect significantly oxygen isotope fractionations at 300°C. The results altogether suggest that the presence of sector zoning in quartz crystals is real, but not universal, and henceforth should be taken into consideration for any use of these systems. The occurrence of disequilibrium partitioning has been enhanced and is possibly related to kinetic processes as well as structural effects that do not affect similarly trace element incorporation and isotopic fractionation. In situ measurements also revealed fine scale δ18O zonations along growth paths that are useful to constrain fluid-rock interactions during Alpine metamorphism. Variations in the δ18O values present along growth vectors indicate changes in the fluid composition and origin. Association with oxygen isotope composition of the host rock allows for the deduction of interactions between rocks, veins and consequently fluids, as well as fluid regimes. RESUME DE LA THESE : A basses températures, (i.e. <400°C) les différents mécanismes qui régissent le fractionnement isotopique ainsi que les conditions nécessaires pour établir un état d'équilibre sont peu connus et nombre de paramètres peuvent entraîner un partitionnement chimique différentiel entre différents secteurs d'un minéral et le fluide en contact. Ainsi, ce travail de thèse a pour but d'évaluer la possible présence de zonages sectoriels en isotopes de l'oxygène mais aussi en éléments traces dans des cristaux naturels de quartz-α de basses températures, ainsi que les raisons d'un tel phénomène et enfin ses implications sur les interactions fluide-roche, principalement dans le cadre du métamorphisme Alpin. La structure et l'apparence en cathodoluminescence (CL) des échantillons ont été caractérisées avant de retracer en détail les compositions en élément traces (Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) et en isotopes de l'oxygène, le long et entre différents secteurs. Les échantillons de quartz sélectionnés proviennent majoritairement de veines Alpine de différentes localités, où les conditions de croissance ont été déjà bien caractérisées. Les compositions minéralogiques et isotopiques de la roche encaissante ont aussi été examinées, pour contraindre les variations obtenues dans un contexte Alpin. Selon leurs conditions de croissance, la plupart des cristaux étudiés sont fortement zonés, ce qui est souligné par un zonage des concentrations en éléments traces (e.g. zonage de croissance). L'Aluminium, qui peut se substituer à la Silice dans le réseau cristallin, a été retrouvé jusqu'en très grandes concentrations dans certaines zones (plusieurs milliers de ppma). De plus, la distribution en Al est fortement liée à celles de Li et H, ainsi que dans une moindre mesure à Ge. La présence de zonage sectoriel est évidente au niveau de ces éléments qui montrent de larges différences de concentrations entre différentes faces pour une même zone de croissance, avec les concentrations les plus basses retrouvées dans les faces prismatiques. Les quartz de veines situées dans des roches magmatiques par exemple possèdent des concentrations en Li et Ti de même ordre de grandeur, confirmant le rôle de la composition de la roche encaissante. La relation Li/Al est toujours fortement présente, mais ce rapport est fonction de la face mesurée. Seuls les cristaux Alpins de plus hautes températures (400°C) ne possédant pas de zones en CL ne présentent aucune de ces caractéristiques. Des différences dans les valeurs de δ18O de zones identiques enrichies en Al ont clairement été mesurées entre les différentes faces r, z, et m, mais aussi au sein d'une même seule zone, indiquant que le fractionnement a probablement eu lieu en déséquilibre. Il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs n'avait qu'un faible effet sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. L'utilisation de deux méthodes différentes a permis d'obtenir des résultats in situ et non in situ concordants. La comparaison des résultats obtenus permet de démontrer que le zonage sectoriel est bien présent dans certains cristaux de quartz, et dépend des conditions de formation. La présence d'un partitionnement différentiel des éléments traces peut être due à des effets cinétiques aussi bien que structuraux, alors que le zonage sectoriel des isotopes de l'oxygène aurait d'autres origines. Il est alors évident que la possibilité de zonage sectoriel doit être désormais pris en considération avant toute interprétations de données isotopiques de cristaux zonés. Les mesures in situ ont de plus permis de distinguer de fines variations des valeurs δ18O au cours de la croissance, qui peuvent aider à retracer la circulations des fluides dans les Alpes durant cette période. En association avec les compositions des roches encaissantes, ii est possible de déduire les interactions entre roches, veines, et par conséquent fluides, au cours de différentes étapes. RESUME GRAND PUBLIC : La géochimie des isotopes stables a pris beaucoup d'importance depuis ces dernières années pour aider à résoudre nombre de questions géologiques, en se basant sur les caractéristiques du fractionnement isotopiques pour différents systèmes. Il est donc nécessaire d'avoir une connaissance approfondie des mécanismes qui s'appliquent au fractionnement isotopique entre les minéraux et les fluides à partir desquels ils se forment. Ces mécanismes ont été bien approchés par différents types de calibrations pour des systèmes à hautes températures, cependant cela n'est pas aussi évident pour les systèmes à des températures inférieures à 400-500°C. Ce travail de thèse a pour but d'aider à la description et la compréhension des phénomènes qui peuvent affecter le fractionnement isotopique à basses températures, ainsi que leurs implications, à partir de l'étude de cristaux de quartz. Le choix des échantillons s'est porté sur des cristaux naturels formés à des températures inférieures ou égales à 400°C, provenant majoritairement de fissures hydrothermales Alpines dont les conditions de formation ont déjà été déterminées. L'étude des cristaux Alpin permet de plus de replacer les résultats obtenus dans le contexte du métamorphisme Alpin au cours du Miocène (21-13 Ma). Après examen de la structure et de la morphologie des cristaux, et leur caractérisation par cathodoluminescence (CL), des analyses chimiques détaillées sur les éléments en traces pouvant entrer dans le réseau cristallin du quartz comme impuretés (i.e. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti), et des isotopes stables de l'oxygène, ont été menées. En fonction des conditions de croissance, la plupart des cristaux présentent des zonations, qui peuvent être facilement reliées à la distribution des éléments traces analysés par microsonde électronique, sonde ionique (SIMS) et LA-ICPMS. De fortes concentrations d'Aluminium (plusieurs milliers de parties par million atomique) ont pu être observées dans les zones les plus externes des cristaux. De plus, les concentrations en Al et en Li sont toujours corrélées; la présence d'Hydrogène déduite à partir d'analyses par FTIR suit cette même tendance. Les différentes faces des cristaux présentent des concentrations distinctes d'Al, Li et H pour des mêmes zones de croissance, avec par exemple les concentrations les plus faibles dans les zones des faces prismatiques. Cela implique la présence d'un zonage sectoriel, qui a déjà été observé principalement dans des carbonates mais jamais décrit auparavant pour des quartz. Seuls les cristaux alpins homogènes en CL dont la croissance s'est faite à plus haute température (400°C) ne présentent aucune de ces caractéristiques. Par analogie avec le zonage sectoriel en Al, élément qui se substitue au Si dans le réseau cristallin du quartz, il est possible de penser qu'un zonage sectoriel pourrait aussi s'appliquer aux isotopes de l'oxygène. Des précédentes études avaient en effet émis cette hypothèse. Nos résultats ont été obtenus à partir d'analyses à la fois in- situ par SIMS, et par extraction assistée par laser-CO2 sur des parties de quartz soigneusement séparées, et sont en accord entre les deux méthodes. Un zonage sectoriel est en effet bien présent pour les cristaux alpins, mais principalement au niveau des zones très riches en Aluminium. Cependant, il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs avait un effet plus que minimal sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. Des différences importantes ont été observées entre les faces r & z mais aussi au sein d'une même et seule zone, indiquant que le fractionnement a pu avoir lieu en déséquilibre, ce qui est aussi visible au niveau des valeurs totalement opposées entre faces pour la dernière phase de croissance de certains cristaux. Ainsi l'association de ces résultats laisse suggérer que la présence d'un zonage sectoriel peut être liée à différents paramètres tels que le taux de croissance ou la structure de surface du cristal, mais qui n'affectent pas de la même façon l'incorporation des éléments traces et le fractionnement isotopique. La possibilité d'un zonage sectoriel est importante à prendre en compte lors de toute interprétation de données isotopiques. Les analyses des isotopes de l'oxygène effectuées par SIMS ont aussi permis de distinguer des variations importantes à petite échelle au cours de la croissance. Des mesures faites par laser CO2 sur certaines roches encaissantes, ont permis distinguer plusieurs étapes dans la croissance des minéraux et de déduire le rôle de l'encaissant et le type de fluide. En association avec de précédentes études, il a été ainsi possible de mieux contraindre la formation de ces cristaux dans le contexte alpin et la circulation de fluide au cours du métamorphisme alpin durant le Miocène.

Geochemical evolution of active porphyry copper tailings impoundments : from alkaline deposition towards acidification

J. Smuda: Geochemical evolution of active porphyry copper tailings impoundments Thesis abstract Mine waste is the largest volume of materials handled in the world. The oxidation of sulfidic mine waste may result in the release of acid mine drainage (AMD) rich in heavy metals and arsenic to the environment, one of the major problems the mining industry is facing today. To control and reduce this environmental impact, it is crucial to identify the main geochemical and hydrological processes influencing contaminant liberation, transport, and retention. This thesis presents the results of a geochemical, mineralogical and stable isotope study (δ2H, δ18O, δ34S) from two active porphyry copper tailings impoundments in Mediterranean (Carén tailings impoundment, El Teniente mine, Central Chile) and hyper-arid climate (Talabre tailings impoundment, Chuquicamata, Northern Chile) from the deposition in alkaline environment (pH 10.5) towards acidification after several years of exposure. The major hydrological results were the identification of vertical contaminant and water transport in the uppermost, not water-saturated zone, triggered by capillary rise due to evaporation, and infiltration downwards due to new tailings deposition, and of horizontal transport in the groundwater zone. At the surface of the sedimented tailings, evaporation of pore water led to the precipitation of Na-Ca-Mg sulfates (e.g., gypsum, tenorite), in hyper-arid climate also halite. At the Carén tailings impoundment, renewed deposition in a 4-week interval inhibited a pH decrease below neutral values and the formation of an efflorescent salt crust. At the Talabre tailings impoundment, deposition breaks of several years resulted in the formation of acidic oxidation zones in the timeframe of less than 4 years. This process enabled the transport of liberated Cu, Zn, and Fe via capillary rise to the surface, where these metals precipitated as heavy-metal sulfates (e.g., devilline, krohnkite) and chlorides (eriochalcite, atacamite). Renewed depositing may dissolve efflorescent salts and transport liberated elements towards the groundwater zone. This zone was found to be highly dynamic due to infiltration and mixing with water from different sources, like groundwater, catchment water, and infiltration from superficial waters. There, Cu was found to be partially mobile due to complexation with Cl (in Cl-rich groundwater, Talabre) and dissolved organic matter (in zones with infiltration of catchment water rich in dissolved organic matter, Carén). A laboratory study on the isotopic fractionation of sulfur and oxygen of sulfate in different minerals groups (water-soluble sulfates, low- and high-crystalline Fe(III) oxyhydroxides) contributed to the use of stable isotopes as tracer of geochemical and transport processes for environmental studies. The results highlight that a detailed geochemical, stable isotope and mineralogical study permits the identification of contamination processes and pathways already during the deposition of mine tailings. This knowledge allows the early planning of adequate actions to reduce and control the environmental impact during tailings deposition and after the closing of the impoundment. J. Smuda: Geochemical evolution of active porphyry copper tailings impoundments Résumé de these Les déchets miniers constituent les plus grands volumes de matériel gérés dans le monde. L'oxydation des déchets miniers sulfuriques peut conduire à la libération de drainages miniers acides (DMA) riches en métaux et arsenic dans l'environnement, ce qui est l'un des principaux problèmes de l'industrie minière aujourd'hui. Pour contrôler et réduire ces impacts sur l'environnement, il est crucial d'identifier les principaux processus géochimiques et hydrologiques influençant la libération, le transport et la rétention des contaminants. Cette thèse présente les résultats d'une étude géochimique, minéralogique et des isotopes stables (δ2H, δ18O, δ34S) sur des déchets miniers de 2 sites de dépôt actifs en climat méditerranéen (Dépôt de déchets de Carén, mine de El Teniente, Centre du Chili) et en climat hyper-aride (Dépôt de déchets de Talabre, mine de Chuquicamata, Nord du Chili). L'objectif était d'étudier l'évolution des déchets de la déposition en milieu alcalin (pH = 10.5) vers l'acidification après plusieurs années d'exposition. Le principal résultat hydrologique a été l'identification de 2 types de transport : un transport vertical de l'eau et des contaminants dans la zone non saturée en surface, induit par la montée capillaire due à l'évaporation et par l'infiltration subséquente de la déposition de sédiments frais ; et un transport horizontal dans la zone des eaux souterraines. À la surface des déchets, l'évaporation de l'eau interstitielle conduit à la précipitation de sulfates de Na-Ca-Mg (ex. gypse, ténorite) et halite en climat hyper-aride. Dans le site de Carén, une nouvelle déposition de déchets frais à 4 semaines intervalle a empêché la baise du pH en deçà des valeurs neutres et la formation d'une croûte de sels efflorescentes en surface. Dans le site de Talabre, les fentes de dessiccation des dépôts ont entraîné la formation d'une zone d'oxydation à pH acide en moins de 4 ans. Ce processus a permis la libération et le transport par capillarité de Cu, Zn, Fe vers la surface, où ces éléments précipitent sous forme de sulfates de métaux lourds (ex., dévilline, krohnkite) de chlorures (ex. ériochalcite, atacamite). Une nouvelle déposition de sédiments frais pourrait dissoudre ces sels et les transporter vers la zone des eaux souterraines. Cette dernière zone était très dynamique en raison du mélange d'eaux provenant de différentes sources, comme les eaux souterraines, l'eau de captage et l'infiltration des eaux superficielles. Egalement dans cette zone, le cuivre était partiellement mobile à cause de la formation de complexe avec le chlore (dans les zone riche en Cl, Talabre) et avec la matière organique dissoute (dans les zones où s'infiltre l'eau de captage riche en matière organique, Carén). Une étude en laboratoire sur le fractionnement des isotopes stables de sulfure et d'oxygène des sulfates dans différents groupes de minéraux (sulfates hydrosolubles, sulfures de oxy-hydroxyde de Fe(III) faiblement ou fortement cristallins) a permis d'apporter une contribution à leur utilisation comme traceurs dans l'étude des processus géochimiques et de transport lors d'études environnementales. Les résultats montrent qu'une étude détaillée de la géochimie, des isotopes stables et de la minéralogie permet d'identifier les processus et les voies de contamination déjà pendant la période de dépôt des déchets miniers. Cette connaissance permet de planifier, dès le début de l'exploitation, des mesures adéquates pour réduire et contrôler l'impact sur l'environnement pendant la période de dépôts de déchets miniers et après la fermeture du site.

Revealing a subclinical salt-losing phenotype in heterozygous carriers of the novel S562P mutation in the alpha subunit of the epithelial sodium channel.

OBJECTIVE: Pseudohypoaldosteronism type I (PHA1) is a rare inborn disease causing severe salt loss. Mutations in the three coding genes of the epithelial sodium channel (ENaC) are responsible for the systemic autosomal recessive form. So far, no phenotype has been reported in heterozygous carriers. PATIENTS: A consanguineous family from Somalia giving birth to a neonate suffering from PHA1 was studied including clinical and hormonal characteristics of the family, mutational analysis of the SCNN1A, SCNN1B, SCNN1G and CFTR genes and in vitro analysis of the functional consequences of a mutant ENaC channel. RESULTS: CFTR mutations have been excluded. SCNN1A gene analysis revealed a novel homozygous c.1684T > C mutation resulting in a S562P substitution in the alphaENaC protein of the patient. Functional analysis showed a significantly reduced S562P channel function compared to ENaC wild type. Protein synthesis and channel subunit assembly were not altered by the S562P mutation. Co-expression of mutant and wild-type channels revealed a dominant negative effect. In heterozygote carriers, sweat sodium and chloride concentrations were increased without additional hormonal or clinical phenotypes. CONCLUSION: Hence, the novel mutation S562P is causing systemic PHA1 in the homozygous state. A thorough clinical investigation of the heterozygote SCNN1A mutation carriers revealed increased sweat sodium and chloride levels consistent with a dominant effect of the mutant S562P allele. Whether this subclinical phenotype is of any consequence for the otherwise asymptomatic heterozygous carriers has to be elucidated.

Transmyocardial laser revascularisation in acutely ischaemic myocardium.

OBJECTIVE: Although recent experience suggests that transmyocardial laser revascularisation (TMLR) relieves angina, its mechanism of action remains undefined. We examined its functional effects and analysed its morphological features in an animal model of acute ischaemia. METHODS: A total of 15 pigs were randomised to ligation of left marginal arteries (infarction group, n = 5), to TMLR of the left lateral wall using a holmium:yttrium-aluminium garnet (Ho:YAG) laser (laser group, n = 5), and to both (laser-infarction group, n = 5). All the animals were sacrificed 1 month after the procedure. Haemodynamics and echocardiography with segmental wall motion score were carried out at both time intervals (scale 0-3: 0, normal; 1, hypokinesia; 2, akinesia; 3, dyskinesia). Histology of the involved area was analysed. RESULTS: Laser group showed no change of the segmental wall motion score of the involved area 30 min after the laser channels were made (score: 0 +/- 0). Infarction and laser infarction groups both showed a persistent and definitive increase of the segmental wall motion score (at 30 min: 1.6 +/- 0.3 and 2 +/- 0, respectively; at 1 month: 1.8 +/- 0.2 and 1.8 +/- 0.4, respectively). These increases were all statistically significant in comparison with baseline values (P < 0.5), however comparison between infarction and laser-infarction groups showed no significant difference. On macroscopic examination of the endocardial surface, no channel was opened. On histology, there were signs of neovascularisation around the channels in the laser group, whereas in the laser-infarction group the channels were embedded in the infarction scar. CONCLUSIONS: In this acute pig model, TMLR did not provide improvement of contractility of the ischaemic myocardium. To the degree that the present study pertains to the clinical setting, the results suggest that mechanisms other than blood flow through the channels should be considered, such as a laser-induced triggering of neovascularisation or neural destruction.

Cadmium-free quantum dots in aqueous solution: potential for fingermark detection, synthesis and an application to the detection of fingermarks in blood on non-porous surfaces

The use of quantum dots (QDs) in the area of fingermark detection is currently receiving a lot of attention in the forensic literature. Most of the research efforts have been devoted to cadmium telluride (CdTe) quantum dots often applied as powders to the surfaces of interests. Both the use of cadmium and the nano size of these particles raise important issues in terms of health and safety. This paper proposes to replace CdTe QDs by zinc sulphide QDs doped with copper (ZnS:Cu) to address these issues. Zinc sulphide-copper doped QDs were successfully synthesized, characterized in terms of size and optical properties and optimized to be applied for the detection of impressions left in blood, where CdTe QDs proved to be efficient. Effectiveness of detection was assessed in comparison with CdTe QDs and Acid Yellow 7 (AY7, an effective blood reagent), using two series of depletive blood fingermarks from four donors prepared on four non-porous substrates, i.e. glass, transparent polypropylene, black polyethylene and aluminium foil. The marks were cut in half and processed separately with both reagents, leading to two comparison series (ZnS:Cu vs. CdTe, and ZnS:Cu vs. AY7). ZnS:Cu proved to be better than AY7 and at least as efficient as CdTe on most substrates. Consequently, copper-doped ZnS QDs constitute a valid substitute for cadmium-based QDs to detect blood marks on non-porous substrates and offer a safer alternative for routine use.