en fr Biogeochemistry of iron and associated elements : example of arsenic V Biogéochimie du fer et des éléments associés : exemple de larsenic V Report as inadecuate




en fr Biogeochemistry of iron and associated elements : example of arsenic V Biogéochimie du fer et des éléments associés : exemple de larsenic V - Download this document for free, or read online. Document in PDF available to download.

1 GR - Géosciences Rennes

Abstract : Iron, a major element of the Earth-s crust, has a very strong reactivity through its redox sensitive nature, its ability to be used by living organisms as well as sorption abilities of a number of trace elements. The objective of this study is to assess the role of biological activity and non-metabolic reactions in controlling kinetic mineralogical transformations and transfers of iron and associated contaminants. The main targets of this study are iron oxides, more or less crystallized, but ubiquitous in soils and waters. They behave like sinks or sources of trace elements depending on the environmental redox conditions. This work is focused on wetlands, fragile, but of major environmental interest. These are real biogeochemical reactors, the seat of alternating redox conditions likely to stabilize or destabilize the iron oxides and where bacterial activities are catalyzed by the presence of large quantities of organic matter and nutrients. This study is divided into two parts bio-oxidation and bio-reduction. The first part concerns therefore the oxidation of FeII in the presence of bacteria and biomineralization. The results showed that bacteria delayed the oxidation of FeII rather than catalyse the process by passive non metabolic reactions. Microscopic observations coupled with chemical analyses have shown the ability of bacteria to adsorb ions Fe2+, Fe3+ and FeIII oligomers, but also to inhibit the oxidation of Fe2+ ions by blocking them at their surfaces, which then oxidize over time. This oxidation of iron adsorbed onto the surface is heavily dependent on pH, and the process of absorption or desorption if oxidation occurs in solution. The mineralogical analyses have shown the formation of amorphous iron oxides in biotic environments, while crystallised iron oxides were formed in abiotic systems. The second part concerns the in situ study of bio-reduction of iron oxyhydroxydes ferrihydrite and lepidocrocite doped or not with AsV. The study has helped develop an original methodology for both in situ qualitative and quantitative monitoring in wetland from the experimental Kervidy-Naizin catchment, Brittany, and ex situ soil column of reductive dissolution of ferrihydrite and lepidocrocite, doped or not with AsV. In situ monitoring showed dissolution rates of pure or As-doped ferrihydrite and lepidocrocite close to those that have been measured in laboratory studies with reducing biological or chemical agents. On the otherhand, the dissolution rates observed ex situ showed higher values than those reported in the literature for laboratory and field data. Most secondary phases are composed of iron sulphides, which are formed late on the slides during the reductive dissolution. The As release is more important for lepidocrocite dissolution than for ferrihydrite because of the unavailability or destuction of surface sites, while part of arsenic is readsorb onto the surface of reduced ferrihydrite. In all cases, the key role played by the bacterial colonization was established.

Résumé : Le fer, élément majeur de la croûte terrestre, présente une très forte réactivité grâce à son caractère rédox sensible, sa capacité à être utilisé par les organismes vivants et ses capacités de sorption d-un certain nombre d-éléments traces. L-objectif de cette étude est d-évaluer le rôle de l-activité biologique et des réactions non métaboliques dans le contrôle cinétique des transformations minéralogiques et des transferts de fer et des contaminants associés. Les cibles principales de cette étude sont les oxydes de fer ubiquistes dans les sols et les eaux. Ils se comportent comme des puits ou des sources d-éléments traces en fonction des conditions rédox du milieu. Ce travail est centré sur les zones humides, fragiles mais d-intérêt environnemental majeur. Ces dernières sont de véritables réacteurs biogéochimiques, siège d-alternances rédox susceptibles de stabiliser ou déstabiliser les oxydes de fer et où les activités bactériennes sont catalysées par la présence de quantités importantes de matière organique et de nutriments. Cette étude est divisée en deux volets bio-oxydation et bio-réduction. Le premier volet concerne donc l-oxydation du FeII en présence des bactéries et la biominéralisation. Les résultats obtenus ont montré que les bactéries retardaient l-oxydation du FeII plutôt que de la catalyser par des processus passifs réactions non métaboliques. Les observations microscopiques couplées avec des analyses chimiques ont montré la capacité des bactéries à adsorber les ions Fe2+, Fe3+ et oligomères de FeIII, mais aussi à inhiber l-oxydation des ions Fe2+ en les bloquant à leurs surfaces, qui s-oxydent ensuite avec le temps. Cette oxydation du fer adsorbé à la surface est fortement dépendante de pH, et donc du processus d-adsorption ou de désorption si l-oxydation a lieu en solution. Les analyses minéralogiques ont montré une formation en présence des bactéries d-oxydes de fer amorphes et des oxydes de fer cristallisés dans les systèmes abiotiques. Le deuxième volet concerne l-étude in situ de la bio-réduction d-oxyhydroxydes de fer synthétiques ferrihydrite et lépidocrocite dopés ou non en AsV. L-étude a permis de développer une méthodologie originale de suivi qualitatif et quantitatif in situ zone humide du bassin versant expérimental de Kervidy-Naizin, Bretagne et ex situ colonne du sol de la dissolution réductrice de ferrihydrite et lépidocrocite dopées ou non en arsenic. Les résultats du suivi in situ de la dissolution de la ferrihydrite et la lépidocrocite pures et dopées en arsenic ont montré des taux de dissolution proches de ceux qui ont été mesurés dans des études de laboratoire avec des réducteurs biologiques ou chimiques. Par contre, les taux de dissolution observés ex situ ont montré des valeurs plus élevées que ceux reportés dans la littérature pour des données de laboratoire et de terrain. La majeure partie des phases néoformées est composée de sulfures de fer qui sont formés tardivement sur les plaquettes dans la dissolution réductrice. La libération de l-arsenic est plus importante dans le cas de la dissolution de la lépidocrocite que dans celle de la ferrihydrite, à cause de l-indisponibilité ou de la destruction des sites à la surface de la lépidocrocite réduite, alors qu-une partie de l-arsenic se réadsorbe à la surface de la ferrihydrite réduite. Dans tous les cas, le rôle majeur de la colonisation bactérienne a été montré.

en fr

Keywords : Iron oxide Bio-mineralization Iron reducing bacteria Slides Hydromorphic soil Column of soil.

Mots-clés : Oxyde de fer Bio-minéralisation Bio-dissolution Bactéries ferriréductrices Plaquettes Sol hydromorphe Colonne du sol.





Author: Mohamad Fakih -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



DOWNLOAD PDF




Related documents