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Biogéochimie des polluants dans les eaux

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Biogéochimie des polluants dans les eaux

Les transferts de polluants vers les eaux et la chaîne alimentaire sont contrôlés par des interactions à l’échelle moléculaire avec les constituants minéraux, organiques et biologiques de ces milieux. Ainsi, pour limiter ces transferts, il est nécessaire d’identifier et de modéliser les réactions capables d’immobiliser ces polluants, en particulier l’adsorption sur les surfaces minérales, la complexation par les substances organiques, les biominéralisations microbiennes. Guillaume Morin, directeur de recherche au CNRS et ses collègues des équipes « Minéralogie environnementale » et « Géomicrobiologie » de l’Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés (IMPMC, CNRS/UPMC/IRD) s’intéressent particulièrement aux couplages entre la géochimie des polluants et les activités microbiennes.

 

En effet, les interfaces oxydantes ou réductrices dans les aquifères (1), les sols et les sédiments constituent des niches écologiques pour les microorganismes capables de coupler leurs métabolismes énergétiques avec les réactions d’oxydoréduction des métaux et des métalloïdes. Ces réactions contrôlent le devenir ultime de certains éléments chimiques dont la solubilité et la toxicité dépendent de l’état d’oxydation.

 

Parmi les travaux menés par l’IMPMC, une place importante est donnée à la recherche des mécanismes conduisant à la bioremédiation des pollutions. Il s'agit par exemple de fixer les éléments métalliques et les métalloïdes toxiques à la surface ou dans la structure de nanominéraux produits par des bactéries dans des biofilms. Ceci s'applique en particulier à d'anciens sites miniers qui représentent une source majeure d'arsenic dans l'environnement. Ainsi, au travers d’une collaboration de plusieurs années avec le laboratoire HydroSciences de Montpellier, l’équipe de Minéralogie environnementale de l’IMPMC a pu démontrer, le rôle de certaines espèces de bactéries ferrooxydantes et arsenite-oxydantes dans la biominéralisation de l’arsenic dans les drainages miniers acides.

 

Biominéralisation de type hydroxysulfates de fer et d’arsenic pouvant contenir jusqu’à 20%pds d’arsenic dans le drainage minier acide de Carnoulès (Gard). L’activité des microorganismes capables de catalyser l’oxydation du fer et de l’arsenic permet la coprécipitation de ces éléments et conduit à la décontamination des eaux acides minières et une forme d’atténuation naturelle de la pollution. (Maillot et al. GCA 2013 et références inclusesNouvelle fenêtre).

 

Pour décrire et comprendre ces processus à l’échelle moléculaire, les chercheurs mettent en Âœuvre des techniques analytiques empruntées à la physique du solide et fortement basées sur l'utilisation du rayonnement synchrotron (SOLEIL à Orsay, ESRF à Grenoble, ELETTRA à Trieste, SSRL à Stanford, ALS à Berkeley, APS à Chicago). Parmi ces outils, la spectroscopie d'absorption des rayons X est une des plus utilisée pour la biogéochimie car elle donne accès à la spéciation moléculaire des éléments dans les échantillons environnementaux et biologiques (sols, sédiments, matières en suspension, microorganismes).

 

De façon plus générale, il s'agit de s'inspirer des pièges naturels des éléments dans l'environnement pour développer des matériaux dépolluants. Le développement d’applications passe alors par la maîtrise de la synthèse biotique et abiotique de nanominéraux sous atmosphère contrôlée, qui reproduit les conditions d’oxygénation naturelle des milieux. Les propriétés de surface de certains de ces minéraux permettent le piégeage et la dégradation des polluants inorganiques à leur surface.

 

Ces approches permettent aussi de mieux prédire le devenir à long terme des polluants métalliques dans notre environnement. Ceci concerne par exemple la dynamique spatiale et temporelle de la spéciation du zinc en Seine, qui est étudiée dans le cadre du programme PIREN Seine, en collaboration avec de nombreux laboratoires de l’UPMC et d’Île-de-France.

 

Pour en savoir plus :

1. Aquifère : formation géologique contenant de façon temporaire ou permanente de l'eau et constituée de roches perméables et capable de la restituer naturellement et/ou par exploitation.

Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés (IMPMC)Nouvelle fenêtre

 

La page de Guillaume MorinNouvelle fenêtre

  

Équipe Minéralogie environnementale de l'IMPMCNouvelle fenêtre

 

Programme PIREN Seine, Contamination sur le long termeNouvelle fenêtre

 

Fédération Île-de-France de Recherche sur l'EnvironnementNouvelle fenêtre



18/03/13