Reactivity of MnO2 in bacteria – mineral assemblages

Thèse soutenue par Julia Gonzalez Holguera, le 6 juillet 2018, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)

L’oxyde de manganèse (MnO2) est un minéral extrêmement réactif et omniprésent dans les sols, les sédiments et les systèmes aquatiques. Sa grande surface ainsi que sa charge négative favorisent l’adsorption de métaux à sa surface, ce qui en fait un acteur majeur de la distribution et biodisponibilité des contaminants dans les sols. De plus, MnO2 est une des espèces naturelles les plus oxydantes, capable de transformer de nombreux métaux et molécules organiques.

Dans l’environnement, la formation de MnO2 est le résultat de l’activité microbienne. Ce minéral est donc souvent incrusté dans un assemblage de biomasse microbienne, qui peut fortement influencer la réactivité du minéral.

L’objectif de cette thèse a donc été d’étudier la réactivité de MnO2, aussi bien son affinité envers les métaux que sa réactivité oxydante, dans un assemblage biominéral. Nous montrons que l’association entre le minéral et la biomasse microbienne favorisent la compétition entre l’adsorption de métaux et de Mn3+, ce qui peut compromettre l’efficacité d’adsorption de MnO2. De plus, nous observons que l’activité métabolique peut déstabiliser le minéral et donc son association avec les métaux, mais également favoriser sa réactivité comme oxydant. Finalement nous montrons comment la présence de biomasse apporte également au système la capacité de régénérer le MnO2, une condition essentielle pour surmonter le déséquilibre entre les concentrations de réducteurs et celles de Mn.

Les résultats de cette thèse apportent ainsi une meilleure compréhension de l’influence de la matrice biologique sur la réactivité de MnO2, et donc de la réactivité du minéral dans les systèmes naturels. Ils permettent également d’identifier les lacunes dans la compréhension de la réactivité du Mn qui nécessitent d’être comblées pour comprendre les interactions entre les cycles du Mn et du carbone dans les sols.

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