Interactions acidithiobacillus thiooxidans - matériaux : aspects cinétiques et rôle du biofilm dans la bioaltération de silicates complexes

Interactions Acidithiobacillus thiooxidans / Matérials : Kinetic aspects and role of biofilm in the complex silicates bioalteration

• Auteur / Autrice : Mickaël Bachelet
• Direction : Jean-Louis Crovisier, Valérie Geoffroy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Biodégradation

Biofilms

Biodégradation

Silicates

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la compréhension du rôle des bactéries au cours de l’altération des silicates dans l’environnement et en particulier des matrices de confinement de déchets et de leurs analogues naturels, les verres basaltiques. L’objectif de ce travail est d’étudier les cinétiques d’altération de silicates complexes en conditions biotiques et abiotiques dans des expériences à long terme. La bactérie modèle choisie est une bactérie acidophile, Acidithiobacillus thiooxidans. Dans la littérature, ce genre bactérien est impliqué dans l’altération des matériaux tels que les bétons ou les pierres. L’action d’A. Thiooxidans entraîne, comme il fallait s’y attendre, une diminution du pH des solutions d’altération, quel que soit le matériau considéré. Toutefois, avec le temps la formation d’un biofilm conduit à un ralentissement de la vitesse qui peut rejoindre et même devenir inférieure à celle observée pour le milieu stérile, bien que la solution reste acide. Par ailleurs, les seuls éléments retenus préférentiellement par le biofilm, formé par A. Thiooxidans à la surface des matériaux étudiés, plutôt que par la couche minérale d’altération semble être le cuivre et le nickel alors que l’étude menée par Georges Aouad (2006) avait révélé que le biofilm produit par Pseudomonas aeruginosa était capable de piéger de nombreux éléments potentiellement toxiques tels que le plomb, le cadmium, le nickel, le cobalt et le zinc. Le fractionnement des terres rares semble lié à la fois au matériau considéré et à la présence ou non de notre bactérie. Le biofilm, de manière générale, est enrichi en terres rares légères par rapport aux terres rares lourdes. STILLE et coll. (2003, 2006) et AOUAD et coll. (2006) ont montré que la végétation avait tendance à retenir de façon plus importante les terres rares légères plutôt que les terres rares lourdes, phénomène également mis en évidence dans ce travail pour le biofilm montrant peut-être « un effet du au bio » sur le fractionnement des terres rares.

This thesis is part of understanding the role of bacteria in the weathering of silicates in the environment and in particular matrices of waste containment and their similar natural basaltic glasses. The objective of this work is to study the kinetics of weathering of silicate complex under biotic and abiotic conditions in long-term experiments by the model bacterium Acidithiobacillus thiooxidans, an acidophilic bacteria. In literature, this type of bacteria is involved in the alteration of materials such as concrete or stone. The influence of A. Thiooxidans results, as expected, in a decrease of pH altering solutions, whatever the material considered. However, over time the formation of a biofilm leads to a slower speed that can reach and even become lower than that observed in the sterile environment, although the solution is acidic. Moreover, the elements retained preferentially by the biofilm formed by A. Thiooxidans on the surface of materials studied, rather than the mineral layer of alteration appears to be copper and nickel, whereas the study by Georges Aouad (2006) revealed that the biofilm produced by Pseudomonas aeruginosa was able of trapping many potentially toxic elements such as lead, cadmium, nickel, cobalt and zinc. The fractionation of rare earth elements seems to be related both to the material considered and the presence or absence of this bacterium. The biofilm, in general, is rich in LREE relative to HREE. Stille et al. (2003, 2006) and Aouad et al. (2006) showed that plants tended to retain the LREE more than the HREE, a phenomenon also demonstrated in this work by the biofilm involving a possible biological effect on fractionation of rare earths elements.