Environmental and biological controls on the geochemistry (δ18O, δ13C, Mg/Ca, and Sr/Ca) of living ostracods from Lake Geneva

ABSTRACT : Ostracods are benthic microcrustaceans enclosed in low-Mg calcite bivalves. Stable isotope compositions, Mg/Ca, and Sr/Ca ratios of ostracod fossil valves have proven useful to reconstruct past environmental conditions. Yet, several discrepancies persist and the influence of many factors remains unclear. It is the aim of this study to improve the use of ostracod valve geochemistry as palaeoenvironmental proxies by examining the extent of isotope fractionation and trace element partitioning during valve calcification. To achieve this, the environmental parameters (pH, temperature) and chemical composition of water (C-and O-isotope composition and calcium, magnesium, and strontium content) were measured at sites where living ostracods were sampled. The sampling was on a monthly basis over the course of one year at five different water depths (2, 5, 13, 33, and 70 m) in Lake Geneva, Switzerland. The one-year sampling enabled collection of environmental data for bottom and interstitial pore water. In littoral to sublittoral zones, C-isotope composition of DIC and the Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water are found to vary concomitantly with water temperature. This is due to the precipitation of calcite, which is induced by higher photosynthetic activity as temperature and/or solar radiation intensify in summer. In deeper zones, environmental parameters remain largely constant throughout the year. Variations of pH, DIC concentrations and C-isotope compositions in interstitial water result from aerobic as well as anaerobic respiration, calcite dissolution and methanogenesis. Bathymetric distribution, life cycles, and habitats were derived for 15 ostracod species and are predominantly related to water temperature and sediment texture. O-isotope compositions of ostracod valves in Lake Geneva reflect that of water and temperature. However, offsets of up to 3 permil are observed in comparison with proposed inorganic calcite precipitation equilibrium composition. Deprotonation of HCO3- and/or salt effect at crystallisation sites may explain the disequilibrium observed for O-isotopic compositions. C-isotope compositions of ostracod valves are not as well constrained and appear to be controlled by a complex interaction between habitat preferences and seasonal as well as spatial variations of the DIC isotope composition. For infaunal forms, C-isotope compositions reflect mainly the variation of DIC isotope composition in interstitial pore waters. For epifaunal forms, C-isotope compositions reflect the seasonal variation of DIC isotope compositions. C-isotope compositions of ostracod valves is at equilibrium with DIC except for a small number of species (L. inopinata, L. sanctipatricii and possibly C. ophtalmica, and I. beauchampi). Trace element uptake differs considerably from species to species. For most epifaunal forms, trace element content follows the seasonal cycle, recording temperature increases and/or variations of Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water. In contrast, infaunal forms are predominantly related to sediment pore water chemistry. RÉSUMÉ EN FRANÇAIS : Les ostracodes sont de petits crustacés benthiques qui possèdent une coquille faite de calcite à faible teneur en magnésium. La composition isotopique et les rapports Mg/Ca et Sr/Ca d'ostracodes fossiles ont été utilisés maintes fois avec succès pour effectuer des reconstructions paléoenvironnementales. Néanmoins, certains désaccords persistent sur l'interprétation de ces données. De plus, l'influence de certains facteurs pouvant biaiser le signal reste encore inconnue. Ainsi, le but de cette étude est de rendre plus performant l'emploi de la composition géochimique des ostracodes comme indicateur paléoenvironnemental. Pour réaliser cela, cinq sites situés dans le Léman à 2, 5, 13, 33 et 70 m de profondeur ont été choisis pour effectuer les échantillonnages. Chaque site a été visité une fois par mois durant une année. Les différents paramètres environnementaux (pH, température) ainsi que la composition géochimique de l'eau (composition isotopique de l'oxygène et du carbone ainsi que teneur en calcium, magnésium et strontium) ont été déterminés pour chaque campagne. Des ostracodes vivants ont été récoltés au cinq sites en même temps que les échantillons d'eau. Ce travail de terrain a permis de caractériser la géochimie de l'eau se trouvant juste au-dessus des sédiments ainsi que celle de l'eau se trouvant dans les interstices du sédiment. Dans les zones littorales à sublittorales, la composition isotopique du carbone inorganique dissout (CID) ainsi que les rapports Mg/Ca et Sr/Ca de l'eau varient linéairement avec la température. Ceci peut être expliqué par la précipitation de calcite qui est contrôlée par l'activité photosynthétique, variant elle même linéairement avec la température. Dans les zones plus profondes, les paramètres environnementaux restent relativement constants tout au long de l'année. Les variations du pH, de la concentration et de la composition isotopique du CID dans les sédiments résultent de la libération de carbone engendrée par la dégradation de la matière organique avec présence d'oxygène ou via réduction de nitrates et de sulfates, par la dissolution de carbonates, ainsi que par la méthanogenèse. La distribution bathymétrique, le cycle de vie ainsi que l'habitat de 15 espèces ont été déterminés. Ceux-ci sont principalement reliés à la température de l'eau et à la texture des sédiments. La composition isotopique de l'oxygène des valves d'ostracodes reflète celle de l'eau et la température qui régnait lors de la calcification. Néanmoins, des écarts pouvant aller jusqu'à 3 0/00 par rapport à l'équilibre théorique ont été obtenus. La déprotonation de HCO3 ou un 'effet de sel' pourrait être à l'origine du déséquilibre observé. La composition isotopique du carbone des valves d'ostracodes n'est pas aussi bien cernée. Celle-ci semble être principalement contrôlée par une interaction complexe entre l'habitat des ostracodes et les variations saisonnières et spatiales de la composition isotopique du CID. Pour les espèces endofaunes, la composition isotopique du carbone reflète principalement la variation de la composition isotopique du CID à l'intérieur des sédiments. Pour les formes épifaunes, c'est la variation saisonnière de la composition du CID qui contrôle celle de la coquille des ostracodes. En général, la composition isotopique du carbone des valves d'ostracodes est en équilibre avec celle de CID, hormis pour quelques rares espèces (L. inopinata, L. sanctipatricii et peut-être C. ophtalmica et I. beauchampi). L'incorporation des éléments traces diffère passablement d'une espèce à l'autre. Pour la plupart des espèces épifaunes, la teneur en éléments traces des coquilles reflète les variations saisonnières. Ces espèces semblent enregistrer les variations soit de la température soit des rapports Mg/Ca et Sr/Ca de l'eau. La teneur en élément traces des formes infaunales, au contraire, est principalement reliée à la chimie de l'eau interstitielle. RÉSUMÉ GRAND-PUBLIC : La connaissance de l'évolution du climat dans le futur est primordiale pour notre société, car elle permet de développer différentes stratégies pour faire face aux problèmes engendrés pas le changement climatique : stratégies environnementale, humanitaire, ou encore économique. Cette problématique est actuellement, à juste titre, sujet d'une vive préoccupation. La géologie peut-elle contribuer à l'effort communautaire entrepris? Naturellement, ce sont les climatologues qui sont sur le devant de la scène. Il n'empêche que ces derniers, pour pouvoir prédire l'avenir, doivent s'appuyer sur le passé. La géologie est alors d'un grand intérêt car c'est effectivement la seule science qui permette d'estimer les variations climatiques à grande échelle sur de longues périodes. Ainsi, voulant moi-même contribuer aux recherches menées dans ce domaine, je me suis tourné à la fin de mes études vers la paléoclimatologie, science qui a pour but de reconstruire le climat des temps anciens. Nous nous sommes rendu compte que l'évolution climatique de la région où nous habitons n'avait pas encore fait le sujet d'études approfondies. Il est pourtant important de connaître la variation locale des changements climatiques pour obtenir des modèles climatiques fiables. En conséquence, un vaste projet a vu le jour : reconstruire, à l'aide des sédiments du lac Léman, les variations paléoclimatiques et paléo-environnementales depuis le retrait du Glacier de Rhône, il y a environ 15'000 ans, jusqu'à nos jours. Pour ce genre de travail, la géochimie, qui est une forme de chimie, utilisée en science de la terre regroupant la chimie classique et la chimie isotopique, est une alliée particulièrement efficace. Elle permet en effet, via différentes mesures faites sur des archives géologiques (par exemple des fossiles ou des sédiments) d'obtenir des informations, souvent quantitatives, sur les conditions (le climat, la flore ou encore la bio productivité, etc...) qui régnaient il y a fort longtemps. Les coquilles d'ostracodes, qui sont de petits animaux vivant au fond des lacs, sont une des archives les plus prometteuses. Ces animaux sont des petits crustacés s'entourant d'une coquille calcaire qu'ils sécrètent eux-mêmes. A la mort de l'animal, la coquille est intégrée dans les sédiments et reste intacte à travers les âges. Des études ont montré qu'en analysant la géochimie de ces coquilles fossiles, il est possible de reconstruire les conditions environnementales qui régnaient à l'époque de vie de ces fossiles. Cette démarche nécessite qu'une condition bien précise soit remplie: la composition géochimique de la coquille doit enregistrer de manière fidèle la chimie de l'eau et/ou la température de l'eau présentes au moment de la sécrétion de la coquille. Le but spécifique de notre recherche a précisément été d'étudier la façon dont la chimie de l'eau ainsi que sa température sont enregistrées dans la coquillé des ostracodes. Une fois les relations entre ces divers paramètres dans l'étant actuel du système établies, il sera alors possible de les utiliser pour interpréter des données issues de coquilles fossiles. Pour ce faire, nous avons mesuré la température de l'eau de manière continue et récolté mensuellement des échantillons d'eau et des ostracodes vivants pendant une année. Cinq sites situés à 2, 5, 13, 33 et 70 mètres de profondeur ont été choisis pour effectuer ces échantillonnages dans le Léman. Le travail de terrain nous a amené à étudier la biologie de 15 espèces. Nous avons pu établir la profondeur à laquelle vivent ces animaux, leur période de développement ainsi que leur habitat respectifs. Ces résultats ont permis de mieux cerner la relation qu'il existe entre la chimie de l'eau, sa température et la composition géochimique des coquilles d'ostracodes. Nous avons ainsi pu confirmer que les coquilles d'ostracodes enregistrent de manière fidèle la composition chimique et isotopique de l'eau. De même, nous avons pu établir de manière plus précise l'effet de la température sur la géochimie des coquilles. Néanmoins, les relations trouvées entre ces trois éléments sont plus complexes pour certaines espèces, cette complexité étant souvent liée à un caractère spécifique de leur écologie. Nous avons mis en lumière certains effets qui biaisent les résultats et défini précisément les conditions dans lesquelles on peut s'attendre à avoir des difficultés dans leur interprétation. Maintenant que nous avons établi les relations entre le climat actuel et la composition géochimique des coquilles d'ostracodes actuels, nous pouvons, sur la base de ce modèle, reconstruire le climat depuis le retrait du Glacier du Rhône jusqu'à nos jours à l'aide d'ostracodes fossiles. Mais cela est une autre histoire et fera, je l'espère, le sujet de nos futures recherches.

Embolization for multicompartmental bleeding in patients in hemodynamically unstable condition: prognostic factors and outcome.

PURPOSE: To determine prognostic factors and evaluate outcomes of transcatheter arterial embolization in severely injured patients in hemodynamically unstable condition with multicompartmental bleeding.¦MATERIALS AND METHODS: Between June 2000 and May 2008, 36 consecutive patients treated with transcatheter arterial embolization for major retroperitoneal bleeding associated with at least one additional source of bleeding were retrospectively reviewed. Mean Injury Severity Score (ISS) was 49.4 ± 15.8. Univariate and multivariate analyses were performed to identify parameters associated with failure of embolization, need for additional surgery to control bleeding, and fatal outcome at 30 d.¦RESULTS: Embolization was technically successful in 35 of 36 patients (97.2%) and resulted in immediate and sustained (> 24 h) hemodynamic improvement in 29 (80.5%). Additional hemostatic surgery was necessary after embolization in six patients (16.6%). Fifteen patients (41.6%) died within 30 d. Failure to restore hemodynamic stability was correlated with the rate of administration of packed red blood cells (P = .014), rate of administration of fresh frozen plasma (FFP; P = .031), and systolic blood pressure (SBP) immediately before embolization (P = .002). The need for additional surgery was correlated with FFP administration rate before embolization (P = .0002) and hemodynamic success (P = .003). Death was correlated with Glasgow Coma Scale score at admission (P = .001), ISS (P = .014), New Injury Severity Score (P = .016), number of injured sites (P = .012), SBP before embolization (P = .042), need for vasopressive drugs before embolization (P = .037), and hemodynamic success (P = .0004).¦CONCLUSIONS: In patients in hemodynamically unstable condition, transcatheter arterial embolization effectively controls bleeding and improves hemodynamic stability. Immediate survival is related to hemodynamic condition before embolization, and 30-d mortality is mainly related to associated brain trauma.

Patterns of pain freedom response in 497 cases with classical trigeminal neuralgia and at least one year of follow-up treated by gamma knife radiosurgery

Purpose: To identify patterns of initially pain freedom response in patients with classical trigeminal neuralgia (CTN) with Gamma Knife surgery (GKS) and to compare their associated hypoesthesia and recurrence rates. Methods: In this study we analysed only 497 patients treated between July 1992 and November 2010, with a follow-up longer than 1 year, after excluding megadolichobasilar artery and multiple sclerosis related trigeminal neuralgia, as well as the second GKS treatments so as to have only cases with CTN and single radiosurgical treatment. GKS using a Gamma Knife (model B or C or Perfexion) was performed, based on both MRI and computer tomography (CT) targeting. A single 4-mm isocenter was positioned in the cisternal portion of the trigeminal nerve at a median distance of 7.8 mm (range 4.5-14) anteriorly to the emergence of the nerve. A median maximum dose of 85 Gy (range 70-90) was delivered. After empiric methods but also by using a chart with clear cut-off periods of pain free distribution, we were able to divide the initially pain free patients into 3 separate groups: within the first 48 hours, after 48 hours till 30 days and after 30 days, respectively. Results: The median follow- up period was 43.75 months (range 12-174.41). Four hundred and fifty-four patients (91.75%) were initially pain free in a median time of 10 days (range 1-459): 169 (37.2%) became pain free within the first 48 hours (pf<=48 h), compared to 194 (42.8%) between the 3-rd day and the day 30 (pf (>48 h, <=30 d)), inclusively and 91 (20%) patients after 30 days (pf>30d). Differences in terms of postoperative hypoesthesia were found with a p value of 0.014 as follows: the group pf<=48 h had 18 (13.7%) compared to pf (>48 h, <=30 d) with 30 (19%) and pf>30d with 22 (30.5%) patients developing a postoperative GKS hypoesthesia. One hundred and fifty seven (34.4%) patients initially pain free experienced a recurrence with a median delay of 24 months (range 0.62-150.06). There were no statistically significant differences between the three groups concerning recurrence (p value of 0.515). Conclusions: An important number of patients (169 cases, 37.2%) became pain free in the first 48 hours. Hypoesthesia rate was higher within the group becoming pain free after 30 days with a statistically significant difference between the three populations (p= 0.014). Further analysis will eventually help to elucidate the differences observed among groups.

Trace element supplementation modulates pulmonary infection rates after major burns: a double-blind, placebo-controlled trial.

Infections remain the leading cause of death after major burns. Trace elements are involved in immunity and burn patients suffer acute trace element depletion after injury. In a previous nonrandomized study, trace element supplementation was associated with increased leukocyte counts and shortened hospital stays. This randomized, placebo-controlled trial studied clinical and immune effects of trace element supplements. Twenty patients, aged 40 +/- 16 y (mean +/- SD), burned on 48 +/- 17% of their body surfaces, were studied for 30 d after injury. They consumed either standard trace element intakes plus supplements (40.4 micromol Cu, 2.9 micromol Se, and 406 micromol Zn; group TE) or standard trace element intakes plus placebo (20 micromol Cu, 0.4 micromol Se, and 100 micromol Zn; group C) for 8 d. Demographic data were similar for both groups. Mean plasma copper and zinc concentrations were below normal until days 20 and 15, respectively (NS). Plasma selenium remained normal for group TE but decreased for group C (P < 0.05 on days 1 and 5). Total leukocyte counts tended to be higher in group TE because of higher neutrophil counts. Proliferation to mitogens was depressed compared with healthy control subjects (NS). The number of infections per patient was significantly (P < 0.05) lower in group TE (1.9 +/- 0.9) than in group C (3.1 +/- 1.1) because of fewer pulmonary infections. Early trace element supplementation appears beneficial after major burns; it was associated with a significant decrease in the number of bronchopneumonia infections and with a shorter hospital stay when data were normalized for burn size.

Evolution pondérale des patients au cours du traitement par autogreffe de cellules souches hématopoïétiques

Introduction et But de l'étude. - La transplantation de cellules souches hématopoïétiques est un des traitements proposés dans le cadre de certaines hémopathies malignes. Elle est fréquemment associée à une anorexie, des nausées et des douleurs buccales limitant les ingesta. Chez ces patients, il a été démontré qu'une altération du statut nutritionnel était associée à une durée de séjour hospitalier augmentée. Si l'évolution hospitalière est généralement bien documentée, peu d'informations nutritionnelles sur la période post-greffe sont disponibles. L'objectif de cette étude est de documenter l'évolution pondérale en fonction des différentes phases de traitement.Matériel et Méthodes. - Cette étude rétrospective a porté sur un collectif de patients suivis par la consultation ambulatoire d'onco-hématologie. Ont été inclus tous les dossiers de patients ayant bénéficié d'une autogreffe depuis plus de 100 jours. Les variables démographiques, médicales, nutritionnelles et fonctionnelles ont été recueillies aux périodes suivantes de prise en charge : lors du diagnostic (P1), à l'admission (P2) et à la sortie de l'hôpital lors de l'autogreffe (P3) et au 100e jour post-autogreffe (P4).Résultats. - L'échantillon était composé de 22 hommes et 11 femmes, ayant une moyenne d'âge de 52 ± 11 ans, un BMI moyen de 26,7 ± 4,2 et souffrant de lymphome (49 %), myélome (45 %), maladie de Hodgkin (3 %) ou amyloïdose (3 %). La durée moyenne d'hospitalisation pour l'autogreffe est de 21 ± 4 jours. À P1 et P3, seul 1 patient présentait un BMI < 18,5, et aucun patient aux autres périodes étudiées. Un BMI supérieur à 25 kg/m2 était présent chez 64 % à P1, 67 % à P2, 45 % à P3, 48 % à P4. Trente pour cent des patients perdent plus de 5 % de leur poids entre P1 et P4 dont 80 % sont des hommes. Leur BMI moyen à P1 est de 28,8 ± 3,3 kg/m2 (10 % de normal, 60 % de surpoids et 30 % d'obésité) et à P4 de 26,7 ± 3,1 kg/m2 (30 % de normal, 60 % de surpoids et 10 % d'obésité). Ces patients ont une perte de poids de 2,4 ± 4,5 % entre P1 et P2, de 8,6 ± 4,4 % entre P1 et P3 et de 7,4 ± 1,7 % entre P1 et P4.Durant le séjour hospitalier, les patients perdent en moyenne 5,6 ± 2,9 % de leur poids d'entrée (P2). Les jours qui suivent l'autogreffe50 % des sujets perdent 6 ± 3,5 %, Durant l'hospitalisation, 33 % des patients ont reçu un support nutritionnel. La prescription d'un support nutritionnel est corrélé avec la présence de candidose (r = 0,350 ; p = 0,044).Conclusion. - La majorité de ces patients oncohématologiques traités par autogreffe de cellules souches perdent du poids pendant l'hospitalisation et ceci persiste au 100e jour post-greffe pour 21 % de l'échantillon. Le BMI est élevé au moment du diagnostic et le reste tout au long de la prise en charge. Une étude prospective sur un échantillon plus large pourrait dans le futur permettre de déterminer les facteurs prédictifs d'une perte de poids persistante 3 mois après une autogreffe.

Dopamine affects parvalbumin expression during cortical development in vitro.

This study was undertaken to determine how dopamine influences cortical development. It focused on morphogenesis of GABAergic neurons that contained the calcium-binding protein parvalbumin (PV). Organotypic slices of frontoparietal cortex were taken from neonatal rats, cultured with or without dopamine, harvested daily (4-30 d), and immunostained for parvalbumin. Expression of parvalbumin occurred in the same regional and laminar sequence as in vivo. Expression in cingulate and entorhinal preceded that in lateral frontoparietal cortices. Laminar expression progressed from layer V to VI and finally II-IV. Somal labeling preceded fiber labeling by 2 d. Dopamine accelerated PV expression. In treated slices, a dense band of PV-immunoreactive neurons appeared in layer V at 7 d in vitro (DIV), and in all layers of frontoparietal cortex at 14 DIV, whereas in control slices such labeling did not appear until 14 and 21 DIV, respectively. The laminar distribution and dendritic branching of PV-immunoreactive neurons were quantified. More labeled neurons were in the superficial layers, and their dendritic arborizations were significantly increased by dopamine. Treatment with a D1 receptor agonist had little effect, whereas a D2 agonist mimicked dopamine's effects. Likewise, the D2 but not the D1 antagonist blocked dopamine-induced changes, indicating that they were mediated primarily by D2 receptors. Parvalbumin expression was accelerated by dopaminergic reinnervation of cortical slices that were cocultured with mesencephalic slices. Coapplication of the glutamate NMDA receptor antagonist MK801 or AP5 blocked dopamine-induced increases in dendritic branching, suggesting that changes were mediated partly by interaction with glutamate to alter cortical excitability.

Cité sous terre : des archéologues suisses explorent la cité grecque d'Erétrie. Catalogue de l'exposition à l'Antikenmuseum Basel und Sammlung Ludwig (22.09.2010-30.01.2011).

Erétrie est l'une de ces cités qui ont fait la grandeur de la Grèce antique. La ville a conservé d'importants vestiges, dont plusieurs chefs-d'oeuvre artistiques. Depuis 1964, des archéologues suisses en poursuivent l'exploration commencée il y a plus d'un siècle. De ces recherches, menées en étroite collaboration avec les autorités grecques, est né le projet d'offrir pour la première fois au public un aperçu de la vie d'une cité grecque à travers quelque 500 objets de prestige et de la vie courante. L'ouvrage accompagne une exposition, organisée par l'Ecole suisse d'archéologie en Grèce, en collaboration avec l'Antikenmuseum Basel und Sammlung Ludwig

Mise en place d'un protocole d'insulinothérapie intraveineuse sûr et efficace hors des soins intensifs. [Establishing a protocol for safe intravenous insulin therapy and effective outside intensive care.]

Introductionþ: L'insulinothérapie intraveineuse est la mieux adaptée pour obtenirun contrôle glycémique rapidement efficace ou lors de besoins en insulinechangeants de façon peu prévisible, mais son emploi hors des soins intensifs seheurte souvent aux manque de formation et réticences des soignants. L'inclusionL'inclusiondu contrôle glycémique rapide dans nos standards institutionnels de priseen charge de l'AVC aigu a suscité une demande de protocole thérapeutiqueadapté aux besoins de l'Unité cérébrovasculaire.Patients et méthodesþ: Le protocole d'insulinothérapie a été dérivé d'algorithmespubliés intégrant glycémie actuelle, cinétique glycémique et sensibilité àl'insuline du patient. Aux repas, une augmentation du débit d'insuline iv. pendant1 h a été ajoutée. Les objectifs glycémiques étaient 4-6þmmol/l en préprandialetþ< 8þmmol/l en postprandial. L'implémentation s'est faite à travers unprocessus de co-construction (outils de gestion, documents et activités de formation)avec les responsables médico-infirmiers du service.Résultatsþ: Les données des 90 premiers patients ont été analysées (diabète connuþ:38, hyperglycémie nouvelleþ: 52, 2715h de traitement cumulées). Les duréesd'insulinothérapie iv. étaient de 34,5 h [interquartile 24-39] et 26,5 h [21-36,3] respectivement(pþ=þ0,03), les délais d'atteinte de l'objectif de 5 h [4.0-8.25] et 7 h[4.0-9.75] (pþ=þns.). Pendant les 24 h suivantes, les taux de glycémies dans la cibleétaient de 70,4þ%/81,3þ% (90,3þ%/94,6þ% entre 4-8þmmol/l), avec un faible tauxd'hypoglycémies (3,9þ%/3,1þ%þ< 4,0þmmol/l, 0,4þ%/0,2þ%þ<þ3,3þmmol/l) et un contrôleglycémique postprandial comparable (excursions +2,6þmmol/l [0,7-3,9] et+1,7þmmol/l [0,6-3,7]þ; Nþ=þ75þ; pþ=þns.).Conclusionþ: L'insulinothérapie intraveineuse hors des soins intensifs est faisable,hautement sûre et efficace, même avec des objectifs glycémiques particulièrementstricts. Outre la fiabilité perçue de l'outil de gestion, la démarche departenariat adoptée avec les soignants, permettant la prise en compte de leurspréoccupations à chaque étape du processus, a été un facteur de succès importantpour son implémentation.

Long-term and long range migration of radioisotopes in terrestrial systems : mechanisms of radioisotopes (Cs, Sr, Pu, Am) mobilization in soils

Summary Artificial radionuclides were released in the environment during the atmospheric nuclear weapon tests and after accidental events involving nuclear industries. As a primary receptor of the deposition, the soil is a very sensitive compartment and understanding the interaction and migration of radionuclides within soils allows the development of scenario for the contamination risk of the population and of the environment. Most available field studies on radionuclides in soils only concern one or two isotopes, mostly 137Cs, and few physico-chemical soil parameters. The purpose of this study was a broader understanding of the radioecology of an Alpine valley. In a first part, we aimed to describe the depth distribution of 137Cs, 90Sr, 239+240Pu, and 241Am within different alpine soils and to identify some stable elements as indicators for accumulating layers. In the central part of the study, the goal was to investigate the repartition of ^Sr and 239Pu between the truly dissolved fraction and the colloidal fraction of the soil solutions and to identify the nature of colloids involved in the adsorption of ^Sr and 239Pu. These results were integrated in an "advection- sorption" transport model seeking to explain the migration of 239Pu and 90Sr within the soils and to assess the importance of colloidal transport for these two isotopes. A further aspect studied was the role of the competition between the radioisotopes (137Cs and 90Sr) and their stable chemical analogues (K and Ca) with respect to plant uptake by different plant species. The results on the depth distribution within the soils showed that 137Cs was mostly retained in the topsoil, to the exception of an organic-rich soil (Histosol 2) receiving important surface runoff, where migration down to a depth of 30 cm was observed. 137Cs depth distribution within the soils was similar to unsupported 210Pb depth distribution. The plant uptake of 137Cs clearly depended on the concentration of exchangeable potassium in the soils. Moreover, we showed that the 137Cs uptake by certain species of the taxonomic orders Poales and Rosales was more sensitive to the increase in exchangeable Κ compared to other orders. Strontium-90 was much more mobile in the soils than 137Cs and depth migration and accumulation in specific AI- and Fe-rich layers were found down to 30 cm. Copper and Ni showed accumulations in these same layers, indicating their potential to be used as indicators for the migration of ^Sr within the soils. In addition, we observed a 90Sr activity peak in the topsoil that can be attributable to recycling of 90Sr by plant uptake. We demonstrated for the first time that a part of 90Sr (at least 40%) was associated with the colloids in organic-rich soil solutions. Therefore, we predict a significant effect of the colloidal migration of ^Sr in organic-rich soil solutions. The plant uptake results for 90Sr indicated a phylogenetic effect between Non-Eudicot and Eudicots: the order Poales concentrating much less 90Sr than Eudicots do. Moreover, we were able to demonstrate that the sensitivity of the 90Sr uptake by 5 different Alpine plant species to the amount of exchangeable Ca was species-independent. Plutonium and 241Am accumulated in the second layer of all soils and only a slight migration deeper than 20 cm was observed. Plutonium and 241Am showed a similar depth distribution in the soils. The model results suggested that the present day migration of 239Pu was very slow and that the uptake by plants was negligible. 239Pu activities between 0.01 to 0.08 mBq/L were measured in the bulk soil solutions. Migration of 239Pu with the soil solution is dominated by colloidal transport. We reported strong evidences that humic substances were responsible of the sorption of 239Pu to the colloidal fraction of the soil solutions. This was reflected by the strong correlation between 239Pu concentrations and the content of (colloidal) organic matter in the soil solution. Résumé Certains radioéléments artificiels ont été disséminés dans l'environnement suite aux essais atmosphériques de bombes nucléaires et suite à des accidents impliquant les industries nucléaires. En tant que récepteur primaire de la déposition, le sol est un compartiment sensible et des connaissances sur les interactions et la migration des radioéléments dans le sol permettent de développer des modèles pour estimer la contamination de la population et de l'environnement. Actuellement, la plupart des études de terrain sur ce sujet concernent uniquement un ou deux radioéléments, surtout le 137Cs et peu d'études intègrent les paramètres du sol pour expliquer la migration des radioéléments. Le but général de cette étude était une compréhension étendue de la radio-écologie d'une vallée alpine. Notre premier objectif était de décrire la distribution en profondeur de 137Cs, ^Sr, 239+240pu et 241Am dans différents sols alpins en relation avec des éléments stables du sol, dans le but d'identifier des éléments stables qui pourraient servir d'indicateurs pour des horizons accumulateurs. L'objectif de la deuxième partie, qui était la partie centrale de l'étude, était d'estimer le pourcentage d'activité sous forme colloïdale du 239Pu et du 90Sr dans les solutions des sols. De plus nous avons déterminé la nature des colloïdes impliqués dans la fixation du ^Sr et 239Pu. Nous avons ensuite intégré ces résultats dans un modèle de transport développé dans le but de décrire la migration du 239Pu et 90Sr dans le sol. Finalement, nous avons étudié l'absorption de 137Cs et 90Sr par les plantes en fonction de l'espèce et de la compétition avec leur élément analogue stable (K et Ca). Les résultats sur la migration en profondeur du 137Cs ont montré que ce radioélément était généralement retenu en surface, à l'exception d'un sol riche en matière organique dans lequel nous avons observé une nette migration en profondeur. Dans tous les sols, la distribution en profondeur du 137Cs était corrélée avec la distribution du 210Pb. L'absorption du 137Cs par les plantes, était dépendante de la concentration en Κ échangeable dans le sol, le potassium étant un compétiteur. De plus, nous avons observé que les espèces ne réagissaient pas de la même manière aux variations de la concentration de Κ échangeable. En effet, les espèces appartenant aux ordres des Poales et des Rosales étaient plus sensibles aux variations de potassium échangeable dans le sol. Dans tous les sols Le 90Sr était beaucoup plus mobile que le 137Cs. En effet, nous avons observé des accumulations de 90Sr dans des horizons riches en Fe et Al jusqu'à 30 cm de profondeur. De plus, le Cu et le Ni montraient des accumulations dans les mêmes horizons que le 90Sr, indiquant qu'il pourrait être possible d'utiliser ces deux éléments comme analogues pour la migration du 90Sr. D'après le modèle développé, le pic de 90Sr dans les premiers centimètres du sol peut être attribué à du recyclage par les plantes. Le 90Sr en solution était principalement sous forme dissoute dans des solutions de sols peu organique (entre 60 et 100% de 90Sr dissous). Par contre, dans des solutions organiques, un important pourcentage de 90Sr (plus de 40%) était associé aux colloïdes. La migration colloïdale du 90Sr peut donc être significative dans des solutions organiques. Comme pour le 137Cs, l'absorption du 90Sr par les plantes dépendait de la concentration de son analogue chimique dans la fraction échangeable du sol. Par contre, les espèces de plantes étudiées avaient la même sensibilité aux variations de la concentration du calcium échangeable. Le plutonium et l'américium étaient accumulés dans le deuxième horizon du sol et nous avons observé seulement une faible migration plus profondément que 20 cm. Selon le modèle, la migration actuelle du plutonium est très lente et l'absorption par les plantes semble négligeable. Nous avons mesuré entre 0.01 et 0.08 mBq/L de 239Pu dans les solutions de sol brutes. La migration du plutonium par la solution du sol est due principalement aux colloïdes, probablement de nature humique. Résumé grand public Dans les années 1950 à 1960, l'environnement a été contaminé par des éléments radioactifs (radioéléments) artificiels provenant des essais des armes atomiques et de l'industrie nucléaire. En effet, durant ces années, les premiers essais de bombes atomiques se faisaient dans l'atmosphère, libérant de grandes quantités d'éléments radioactifs. De plus certains accidents impliquant l'industrie nucléaire civile ont contribué à la dissémination d'éléments radioactifs dans l'environnement. Ce fut par exemple le cas de l'accident de la centrale atomique de Tchernobyl en 1986 qui a causé une importante contamination d'une grande partie de l'Europe par le 137Cs. Lorsqu'ils sont libérés dans l'atmosphère, les radioéléments sont dispersés et transportés par les courants atmosphériques, puis peuvent être déposés dans l'environnement, principalement par les précipitations. Une fois déposés sur le sol, les radioéléments vont interagir avec les composants du sol et migrer plus ou moins vite. La connaissance des interactions des éléments radioactifs avec le sol est donc importante pour prédire les risques de contamination de l'environnement et de l'homme. Le but général de ce travail était d'évaluer la migration de différents éléments radioactifs (césium-137, strontium-90, plutonium et américium-241) à travers le sol. Nous avons choisi un site d'étude en milieu alpin (Val Piora, Tessin, Suisse), contaminé en radioéléments principalement par les retombées de l'accident de Tchernobyl et des essais atmosphériques de bombes atomiques. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la distribution en profondeur des éléments radioactifs dans le sol et l'avons comparée à divers éléments stables. Cette comparaison nous a permit de remarquer que le cuivre et le nickel s'accumulaient dans les mêmes horizons du sol que le strontium-90 et pourraient donc être utilisés comme analogue pour la migration du strontium-90 dans les sols. Dans la plupart des sols étudiés, la migration du césium-137, du plutonium et de l'américium-241 était lente et ces radioéléments étaient donc accumulés dans les premiers centimètres du sol. Par contre, le strontium-90 a migré beaucoup plus rapidement que les autres radioéléments si bien qu'on observe des accumulations de strontium-90 à plus de 30 cm de profondeur. Les radioéléments migrent dans la solution du sol soit sous forme dissoute, soit sous forme colloïdale, c'est-à-dire associés à des particules de diamètre < Ιμηι. Cette association avec des colloïdes permet à des radioéléments peu solubles, comme le plutonium, de migrer plus rapidement qu'attendu. Nous avons voulu savoir quelle était la part de strontium-90 et plutonium associés à des colloïdes dans la solution du sol. Les résultats ont montré que le plutonium en solution était principalement associé à des colloïdes de type organique. Quant au strontium-90, ce dernier était en partie associé à des colloïdes dans des solutions de sol riches en matière organique, par contre, il était principalement sous forme dissoute dans les solutions de sol peu organiques. L'absorption de radioéléments par les plantes représente une voie importante pour le transfert vers la chaîne alimentaire, par conséquent pour la contamination de l'homme. Nous avons donc étudié le transfert du césium-137 et du strontium-90 de plusieurs sols vers différentes espèces de plantes. Les résultats ont montré que l'absorption des radioéléments par les plantes était liée à la concentration de leur analogue chimique (calcium pour le strontium-90 et potassium pour le césium- 137) dans la fraction échangeable du sol. De plus certaines espèces de plantes accumulent significativement moins de strontium-90.