The color of refractory organic carbon

La couleur du carbone organique réfractaire

¹ Laboratoire Morphodynamique Continentale et Côtière, UMR CNRS 6143 M2C, Université de Rouen, 76821 Mont-Saint-Aignan, France
² Institut des Sciences de la Terre d’Orléans, UMR CNRS 7327 ISTO, 45071 Orléans, France
³ IFP Energies nouvelles, 92852 Rueil-Malmaison, France
⁴ Laboratoire de Géologie de l’École Normale Supérieure, UMR CNRS 8538, 75231 Paris, France

^* Corresponding author: maxime.debret@univ-rouen.fr

Received: 31 October 2017
Accepted: 24 April 2018

Abstract

Organic matter studies find an echo within different topics such as biogeochemical cycles, processes occurring in continental surfaces, anthropogenic activities, climate science, earth and planetary sciences, etc. Today’s challenges include finding and developing the most appropriate method(s) supporting the differentiation and characterisation of various types of recalcitrant organic matter in modern environments. In this study, we focus on combustion residues and coals as these two types of organic matter contain a significant amount of so-called recalcitrant organic carbon (black carbon and fossil organic carbon). Both these materials are ubiquitous, broadly stem from the same living organisms and have similar polyaromatic structures. In this respect, we tested a spectrophotometry method, classically used for sedimentology, as a very fast method for preliminary investigations. Analyses were performed with a wide range of standards and referenced samples. The results discriminate three different spectral signatures related to the degree of transformation of organic matter related to the degree of aromaticity (i.e. carbonisation). Using calibration curves, total organic carbon content can be estimated in experimental mixes with mineral matter and in a real context using subsurface sample (Gironville 101 borehole, Paris Basin, France). This method has particularly high sensitivity to very low organic matter content and is shown to be promising for a rapid evaluation of the organic carbon content.

Résumé

Les études sur la matière organique trouvent un écho dans différents sujets tels que les cycles biogéochimiques, les processus sur les surfaces continentales, les activités anthropiques, les sciences du climat, les sciences de la Terre et des planètes, etc. Les défis actuels comprennent la recherche de méthodes de différenciation et de caractérisation de divers types de matière organique réfractraire dans les environnements modernes. Dans cette étude, nous nous concentrons sur les résidus de combustion et les charbons géologiques car ces deux types de matières organiques contiennent une quantité importante de carbone organique dit réfractaire (black carbon et carbone organique fossile). Ces deux matériaux omniprésents, proviennent en grande partie des mêmes organismes vivants et ont des structures polyaromatiques similaires. À cet égard, nous avons testé une méthode de spectrophotométrie, classiquement utilisée pour la sédimentologie, comme méthode très rapide pour les investigations préliminaires. Les analyses ont été effectuées avec un large éventail d’échantillons standards et référencés. Les résultats discriminent trois signatures spectrales différentes liées au degré de transformation de la matière organique en rapport avec le degré d’aromaticité (c’est-à-dire la carbonisation). En utilisant des courbes d’étalonnage, la teneur en carbone organique total peut être estimée dans des mélanges expérimentaux avec des matières minérales et dans un contexte réel en employant des échantillons souterrains (forage Gironville 101, bassin de Paris, France). Cette méthode est particulièrement sensible à la très faible teneur en matière organique et s’avère prometteuse pour une évaluation rapide de la teneur en carbone organique.