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Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
UMR 7590 - UPMC/CNRS/IRD/MNHN

Biogéochimie des éléments traces métalliques

Les émissions anthropiques et naturelles de métaux et métalloides potentiellement toxiques ont conduit à leur accumulation durable dans les sols et les sédiments. Leur transfert vers les eaux et la chaîne alimentaire est contrôlée par des interactions à l’échelle moléculaire avec les constituants minéraux, organiques et biologiques de ces milieux. La prédiction de ces transferts nécessite d’identifier et de modéliser les réactions de complexation par des ligands organiques, d’adsorption à la surface des minéraux, d’oxydoréduction, de (bio)minéralisation/dissolution capables de les immobiliser ou responsables de leur mobilisation.


Le comportement à long terme des éléments traces métalliques constitue un enjeu majeur pour la préservation de la qualité des milieux naturels et pour hiérarchiser les risques liés à des pollutions. Nous avons développé depuis plusieurs années une approche comparative de sols anthropisés (pollutions jeunes 10-100 ans) et de sols présentant des concentrations naturellement élevées en éléments traces métalliques (sols anciens sur anomalies géochimiques naturelles, ≥ 1000 ans). Cette approche permet d’évaluer la pérennité relative des mécanismes d’immobilisation des éléments traces toxiques (72 KB).


Les interfaces redox dans les sols et les sédiments constituent des niches écologiques pour les microorganismes capables de coupler leur métabolisme énergétique avec les réactions d’oxydoréduction des métaux et des métalloides. Ces réactions contrôlent directement la mobilité et la toxicité des éléments chimiques tels que l’arsenic, le selenium et le chrome, dont la solubilité et les voies métaboliques sont fortement dépendantes de l’état d’oxydation.  Ces activités biologiques sont recherchées sur le terrain et en mésocosmes au laboratoire, par des analyses de spéciation moléculaire.
Il s'agit, par exemple, d'identifier des processus permettant la minéralisation microbienne de l’arsenic et du fer dans les sols anoxiques, ou la bioremédiation  des eaux acides minières.
Ces travaux bénéficient du programme d’expériences au Stanford Synchrotron Radiation Laboratory (2008-2010) « Mobility and toxicity of arsenic in earth’s surface environments : XAFS speciation at the mineral-solution-cell interface ».

 

Nous développons l’utilisation de la géochimie isotopique pour tracer les sources d’éléments traces métalliques et les processus géochimiques dans les environnements de surface actuels et anciens. Cette approche (38 KB), menée en étroite collaboration avec l'ENS de Lyon et l'IPGP est appliquée à des systèmes bien connus en terme de cristallochimie, tels que les sols pollués que notre équipe a étudiés depuis de nombreuses années. Elle est également complétée par des études expérimentales des fractionnements isotopiques aux interfaces minéraux/solutions. Les projets futurs intégreront la détermination des fractionnements isotopiques d’éléments de transitions (Cr, Zn, Fe) aux interfaces solides - solutions - microorganismes.

 

Cécile Duflot - 02/03/16

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