Thèse soutenue

Transformation des oxydes de fer par des populations bactériennes mixtes ferri-réductrices et dynamique des éléments traces associés As, Cr, et Cd
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Auteur / Autrice : Fengfeng Zhang
Direction : Mikaël Motelica-HeinoFabienne Battaglia-Brunet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers
Date : Soutenance le 17/11/2020
Etablissement(s) : Orléans
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la terre d'Orléans (2010-....)
Jury : Président / Présidente : Cécile Grosbois-Bacchi
Examinateurs / Examinatrices : Mikaël Motelica-Heino, Fabienne Battaglia-Brunet, Cécile Grosbois-Bacchi, Mélanie Davranche, Frédéric Jorand, James M. Byrne, Jennifer Harris-Hellal, Guillaume Morin
Rapporteurs / Rapporteuses : Mélanie Davranche, Frédéric Jorand

Résumé

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La mobilité des contaminants dans l'environnement, et en particulier celle des éléments traces potentiellement toxiques (ETPT), tels que l'arsenic, le chrome et le cadmium induisent des risques de contamination des hydrosystèmes et de la chaîne alimentaire. Comprendre et prévoir la mobilité et la biogéochimie de ces ETPT dans l’environnement permettra de développer et d’appliquer des stratégies de remédiation appropriées pour les sites pollués. Afin d'évaluer l'impact de l'activité microbiologique et des transformations géochimiques / minéralogiques des oxydes de fer et d'observer leur effet sur la spéciation et la mobilité de trois ETPT associés au fer, trois expériences de laboratoire ont été menées : en batch avec des suspensions d’oxydes de fer et des oxydes fixés sur lames de verre, puis en continu dans des colonnes de percolation. Les résultats ont montré que la minéralogie de l'oxyde de fer influençait la vitesse de solubilisation bactérienne du fer. Les deux espèces bactériennes ferri-réductrices les plus étudiées au laboratoire, Shewanella et Geobacter, ont été quantifiées par qPCR. Shewanella a toujours été prépondérante par rapport à Geobacter dans les communautés bactériennes, et ces deux espèces étaient différentiellement réparties entre les populations attachées et planctoniques : Geobacter pourrait être moins dépendant du Fe(III) soluble et plus présent dans la communauté attachée à la surface des oxydes qu’en suspension dans le milieu liquide. De plus, la distribution spatiale des deux espèces suivies différait dans le système de colonnes alimentées en continu. Dans cette expérience, la bioréduction des oxydes de fer s’est accompagnée d’une mobilisation de l’As, surtout avec la ferrihydrite. Le Cd n’a été mobilisé que transitoirement, ce qui suggère des mécanismes d’immobilisation biologiques de cet élément. Aucune mobilisation biologique du Cr n’a été observée. La production de minéraux secondaires de fer a été mise en évidence par MEB-EDS et spectroscopie Mössbauer au cours de la réduction microbienne de la ferrihydrite. Ces résultats permettent de mieux comprendre la dynamique bactérienne du fer et des ETPT associés dans l'environnement, à travers des conditions expérimentales originales avec des systèmes multi-polluants et des communautés bactériennes mixtes réductrices de fer.