Incidence de la biodégradation des matières organiques sur le devenir des métaux et des contaminants organiques dans un sol nickelifère et un sédiment de rivière
Résumé
Soils and river sediments are sources and recipients of pollutants coming from geochemical sources and anthropogenic activities. They contain various mineral and organic phases that are associated to metals and organic pollutants. Microbial activity plays a major role in the biogeochemical cycles of these compounds by the microorganism-mineral-organic matter interactions. The impact of organic matter (OM) biodegradation on the fate of metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) was studied in two contrasting continental systems : a New Caledonia Ferralsol and a Lorraine river sediment. Incubation experiments were used to follow and quantify the microbial activity, and to define the mechanisms involved in pollutant evolution during OM biodegradation. The linkage between carbon and metal cycling was studied in detail.
The results show that the nature of OM and the quantity of electron acceptors available in the medium control aerobic and anaerobic microbial activity. Under aerobiosis, OM biodegradation results in the carbonate and sulfide dissolution. Bacterial reduction of Fe and Mn induces the release of associated metals, particularly when microbial activity is stimulated by the input of an readily available organic substrate. Sulfate reduction leads to the precipitation of sorne metals. A metal redistribution occurs in the solid phase during microbial weathering to the most labile compartments. In the sediment, microbial activity leads to a dissipation of PAH under aerobiosis and to a lesser extent under anaerobiosis.
Les sols et les sédiments de rivières sont à la fois sources et réceptacles de polluants issus du fond géochimique ou de pollutions anthropiques. Ils contiennent différentes phases minérales et organiques porteuses d'éléments en traces métalliques (ETM) et de polluants organiques variés. L'activité microbienne joue un rôle majeur dans les cycles biogéochimiques de ces composés, par le jeu des interactions micro-organismes-minéraux-matières organiques. L'influence de la biodégradation des matières organiques (MO) complexes sur le devenir des métaux et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) est étudiée dans deux systèmes continentaux contrastés: un Ferralsol de Nouvelle-Calédonie et un sédiment de rivière de Lorraine. Des incubations permettent le suivi et la quantification de l'activité microbienne ainsi que la définition des mécanismes et paramètres impliqués dans l'évolution des polluants au cours de la biodégradation des MO. L'accent est mis sur le couplage de certaines étapes du cycle du carbone avec les cycles des métaux. Les résultats montrent que la nature des MO et la quantité d'accepteurs d'électrons disponibles dans le milieu contrôlent l'activité microbienne aérobie et anaérobie. En aérobiose, la dégradation des composés organiques s'accompagne de la dissolution des carbonates et des sulfures présents dans le milieu. La réduction bactérienne de Fe et Mn entraîne la solubilisation des ETM associés à leurs oxydes, notamment lorsque l'activité microbienne est stimulée par l'apport d'un substrat organique facilement métabolisable. La réduction des sulfates contribue à la précipitation de certains ETM. L'étude du statut des métaux dans la phase solide montre une réorganisation de ceux-ci au profit de compartiments plus réactifs et plus labiles au cours de l'altération microbienne. Enfin, l'activité microbienne entraîne la dissipation des HAP du sédiment, même des plus lourds, en aérobiose et dans une moindre mesure en anaérobiose.