5 Février 2009 BIO-Réduction du FEr : Produits secondaires et mobilité des éléments associés ou BIOREFE AP EC2CO 2009 - AT CYTRIX

Les prémices du projet BIOREFE Des oxydes de fer et des plaquettes (B. Nowack) La thèse de M. Fakih (24 Octobre 2008) et Le projet ECODYN (G. Morin) : Biogéochimie du fer et des contaminants associés +

Biogéochimie du fer et des contaminants associés (1) Pourquoi le fer ? Forte abondance dans la croûte terrestre Forte réactivité Contrôle les cycles biogéochimiques de nombreux éléments Fe f (activité microbienne, paramètres chimiques et physico-chimiques) Précipitation, Dissolution, Complexation de surface

Biogéochimie du fer et des contaminants associés (2) Une approche originale Plaquette La technique des plaquettes Lépidocrocite Oxydes (Lp ou Fh) + Plaquettes = Terrain + Labo

Biogéochimie du fer et des contaminants associés (3) Des questions… Cristallinité et réactivité des oxydes, Nature de l’horizon de sol, Intensité des conditions réductrices, Colonisations bactériennes, Présence d’ions substitués, Nature des produits secondaires de la réduction et Impact sur la mobilité des éléments associés.

Biogéochimie du fer et des contaminants associés (4) Des observations… Fh Lp

Biogéochimie du fer et des contaminants associés (5) Des calculs… % Fe et As dissous (quantité initiale) Lépidocrocite Ferrihydrite  Vitesse de dissolution Ferrihydrite > Lépidocrocite Lépidocrocite : As > Fe Devenir de l’As ? Ferrihydrite : Fe > As Devenir du fer ?

Biogéochimie du fer et des contaminants associés (6) De la modélisation… De la modélisation…

Biogéochimie du fer et des contaminants associés (7) Des conclusions… Mise au point d’une méthode in situ de suivi de la dissolution réductrice des oxydes de fer Dynamique temporelle des évolutions morphologiques et cristallographiques des oxydes de fer 2 mécanismes de dissolution différents (Fh & Lp) Apparition de nouvelles phases (Sulfures de fer ?) Mobilisation de l’arsenic As(V)  As(III) => Réduction bactérienne Fh  Réadsorption Lp  Libération

Une transition naturelle Temps Biogéochimie du fer … … Le projet BIOREFE

Les cinq partenaires du projet BIOREFE Equipe Minéralogie Environnementale - IMPMC (UMR CNRS 7590 - Univ. P6&7 - IPGP) : G. Morin, G. Ona Nguema Equipe Environnement et Microbiologie UMR CNRS IPREM 5254 - Université de Pau et des Pays de l’Adour : R. Duran, M. Goni-Urriza EMPA (Materials Science and Technology Research Institution ) - ETH (Suisse) : B. Nowack EAWAG-ETH (Suisse) et Department of Earth Sciences (Université de Toronto-Canada) : M. Dittrich Géosciences Rennes

Palette des savoir-faire et distribution des rôles Minéralogie : analyses minéralogiques du solide, Microbiologie : génomique environnementale, Sciences du sol : analyses chimiques du solide, Relations Bactéries/Minéraux, biominéralisations, Géochimie : expérimentation in et ex situ, analyses des solutions, cartographie chimique des associations élémentaires dans les phase solides.

Les enjeux Caractériser finement minéralogiquement les produits secondaires de la dissolution réductrice des oxyhydroxydes de fer, Evaluer leur capacité à piéger des polluants, Caractériser les communautés bactériennes présentes et leurs fonctionnalités, Calibrer et analyser les produits solides présents sur les plaquettes, Etudier les interactions Bactéries/Minéraux, Mener les expérimentations en colonnes et le suivi sur le terrain, analyser les solutés, réaliser des cartographies chimiques des associations élémentaires présentes dans les phases solides.

L’approche Minéralogie Géochimie Microbiologie Approche couplée terrain/laboratoire Expérimentation en conditions contrôlées Focaliser tous les savoir-faire sur les mêmes échantillons

Les outils MEB, TEM, EDXS, EELS, STXM, DRX, XANES, EXAFS Séquençage, génotypage (ARNr 16S, ARN messagers) FRX Raman-AFM, MEB, MEB, FFAAS, Chromatographie ionique, TOC, NanoSIMS

Les résultats attendus (1) Rôle de la cristallinité, Caractérisation des phases néoformées au cours du temps, Stabilité de ces phases, Rôle de ces phases dans la séquestration d’éléments traces…

Les résultats attendus (2) Identification des consortiums bactériens présents, Caractérisation de leurs fonctionnalités respectives… Caractérisation des facteurs et processus clés gouvernant les interactions Bactéries/Minéraux et la bio-minéralisation, Importance respective de différents processus (adhésion bactérienne, complexation par des ligands organiques…

Les résultats attendus (3) Estimation des vitesses de dissolution réductrice, Caractérisation des mécanismes en jeu, Rôle des paramètres physico-chimiques, Rôle des cations co-précipités, Quantification de la réadsorption, redistribution élémentaire, Evolution temporelle des associations élémentaires…