Mobilité de l'antimoine (Sb) et du thallium (Tl) dans les bassins versants miniers sulfurés // Mobility of antimony (Sb) and thallium (Tl) in sulfidic mining catchments

L'exploitation des gisements de sulfures métalliques génère d'importantes quantités de déchets miniers. Ces résidus libèrent des métaux toxiques, contaminant durablement les eaux de surface et souterraines. Dans les Cévennes, les anciennes mines de plomb-zinc, dont certaines ont été actives jusque dans les années 90, contaminent les cours d'eau en aval, notamment en antimoine (Sb) et thallium (Tl), dont les comportements biogéochimiques restent mal compris.
Le sujet de thèse proposé vise à élucider les sources et processus contrôlant le devenir de Sb et Tl dans un bassin versant minier, en combinant études de terrain et expériences en laboratoire. Les questions de recherche abordées sont : 1) Quelles phases minérales portent Sb et Tl dans les déchets, et quels processus contrôlent leur mobilisation vers l'eau ? 2) Quels processus affectent Sb et Tl lors de leur transfert dans les cours d'eau aval ? 3) Les rapports isotopiques de Sb et Tl peuvent-ils identifier les sources et processus biogéochimiques en jeu ?
Ces questions seront abordées à travers l'étude d'un site modèle dans les Cévennes, ayant exploité une minéralisation à plomb-zinc dans un environnement carbonaté. La mine a laissé 9 millions de tonnes de déchets miniers qui contaminent les cours d'eau aval, avec des teneurs en Tl et Sb jusqu'à 6552 et 43 fois supérieures aux moyennes mondiales des eaux de rivière. L'approche combinera des observations de terrain (caractérisation minéralogique et géochimique des déchets miniers et roches, prélèvements d'eaux et sédiments (hautes/basses eaux) pour analyser les concentrations, spéciations (Sb(III), Sb(V), Tl(I), Tl(III)), et rapports isotopiques (ICP-MS, HPLC-ICP-MS, MC-ICP-MS)), ainsi que des expériences en laboratoire afin d'étudier la dissolution de phases solides porteuses de Sb ou Tl et la sorption des espèces redox de ces éléments sur des phases solides représentatives.
Les résultats attendus sont 1) l'identification des processus contrôlant la mobilité de Sb et Tl dans un environnement minier sulfuré riche en carbonates, 2) une évaluation de la vulnérabilité des ressources en eau face à ces contaminants sur ce bassin versant modèle, 3) un enrichissement des données isotopiques pour exploiter les isotopes de Sb et Tl comme traceurs de sources et de processus biogéochimiques, 4) une amélioration des connaissances pour la gestion post-minière et l'évaluation des impacts environnementaux futurs.
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The exploitation of metallic sulfide deposits generates significant quantities of mining waste. These residues release toxic metals, leading to long-term contamination of surface and groundwater. In the Cévennes region, former lead-zinc mines—some active until the 1990s—contaminate downstream watercourses, particularly with antimony (Sb) and thallium (Tl), whose biogeochemical behaviors remain poorly understood.
The proposed PhD thesis aims to elucidate the sources and processes controlling the fate of Sb and Tl in a mining watershed, combining field studies and laboratory experiments. The research questions addressed are: 1) Which mineral phases host Sb and Tl in mining waste, and what processes control their mobilization into water? 2) What processes affect Sb and Tl during their transfer downstream in watercourses? 3) Can the isotopic ratios of Sb and Tl help identify the sources and biogeochemical processes at play?
These questions will be explored through the study of a model site in the Cévennes, where lead-zinc mineralization was exploited in a carbonate-rich environment. The mine left behind 9 million tons of mining waste, contaminating downstream watercourses with Tl and Sb concentrations up to 6,552 and 43 times higher, respectively, than global river averages. The approach will combine field observations (mineralogical and geochemical characterization of mining waste and rocks, sampling of water and sediments during high and low flow periods to analyze concentrations, speciation (Sb(III), Sb(V), Tl(I), Tl(III)), and isotope ratios (ICP-MS, HPLC-ICP-MS, MC-ICP-MS)), and laboratory experiments to study the dissolution of Sb- and Tl-bearing solid phases and the sorption of their redox species onto representative solid phases. Expected outcomes include: 1) Identification of the processes controlling Sb and Tl mobility in a carbonate-rich, sulfide-mining environment. 2) Assessment of water resource vulnerability to these contaminants in the model watershed. 3) Enhanced isotopic data to use Sb and Tl isotopes as tracers of sources and biogeochemical processes. 4) Improved knowledge for post-mining management and the evaluation of future environmental impacts.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Concours GAIA

Université de Montpellier

584 GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau

Master en géochimie, connaissances en géochimie isotopique, chimie de l'environnement, chimie analytique. Si possible expérience de travail sur le terrain (échantillonnage) et en laboratoire. Expérience dans le domaine de l'analyse chimique
Master's degree in Geochemistry, with expertise in isotopic geochemistry, environmental chemistry, and analytical chemistry. Preferably with fieldwork experience (sampling) and laboratory experience. Skilled in chemical analysis.