Environnements pollués

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Recherche et caractérisation de microorganismes dans des compartiments géologiques profonds Vanessa Barsotti Thèse soutenue 03.11.2011 Université de Bordeaux 1 > Ecole doctorale des Sciences Chimiques Spécialité chimie et environnement de l Univ. Bordeaux 1 > Partenariat Unité BioGéochimie Environnementale du BRGM (EPI/BGE) et l équipe Radioactivité et Environnement du CENBG (CNRS/IN2P3) > Financement BRGM (60%) / CNRS (40 %) > Résultats majeurs : Investigation microbiologique d environnements continentaux profonds (formations sédimentaires triasiques du Bassin de Paris) : Absence de micro-organisme cultivable Identification des communautés microbiennes potentiellement endogènes : biomasse faible, communauté microbienne peu diversifiées Etude des effets combinés des paramètres température, pression et salinité sur l activité de souches anaérobies représentatives des métabolismes fréquemment rencontrés en subsurface > 2 Développements analytiques et mécanismes physicochimiques impliqués dans la réduction in situ de la chlordécone dans les sols antillais Hanane BELGHIT - 1 ère année > M2 chimie analytique physique théorique > Ecole doctorale, laboratoire : EDST de l'université d'orléans (ED 177), Institut de chimie organique et analytique (ICOA) - UMR7311 > Financeurs de la bourse doctorale : Région Centre/ BRGM > Objectifs de la thèse : - Développement d une méthode chromatographique d analyse de la chlordécone et dérivés - Maintien de conditions réductrices dans les sols antillais lors du procédé ISCR - Maîtrise de la structure des sols et composés modèles.

Influence de la matière organique sur la mobilité et la biodisponibilité de l arsenic liées aux activités bactériennes dans les sols pollués Tiffanie Lescure -1 ère année > Master 2 Recherche Microbiologie ; Master 2 Recherche Ecologie, Environnement > Ecole doctorale : RP2E Nancy (Ressources, Procédés, Produits, Environnement) > Laboratoires : BRGM (service EPI), INRA (Ardon), LIEBE (Metz) > Objectif de la thèse : Etude de l influence de différents types de matières organiques sur l activité de bactéries As(III)-oxydantes Etude de l influence de matières organiques sur l activité de communautés bactériennes extraites de sols Etude sur des échantillons de sols réels (sites industriel et miniers pollués en As) Etude des propriétés électriques et analyses de gaz de sols pollués pendant leur biodépollution Cécile Noel - 1 ère année > Diplôme d ingénieur de l Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre (EOST), Strasbourg > Ecole doctorale Energie Matériaux Sciences de la Terre et de l Univers (EMSTU), laboratoire LPC2E > Financement CNRS par ANR-ECOTECH «BIOPHY» > Objectif : Proposer une méthodologie de suivi de l'efficacité d une biodépollution d hydrocarbures par Polarisation Provoquée Spectrale et isotopie du carbone à partir d études en laboratoire et de terrain > 2

Optimisation économique et environnementale pour une gestion globale des ressources Marie Bonnin - 2 ème année > Ingénieur INSA Toulouse, spécialité Génie des Procédés et de l Environnement > Ecole doctorale : MEGeP, Laboratoire de Génie Chimique > Financement de la bourse doctorale ANR ESPEER > Etat d avancement des travaux : Analyse bibliographique des méthode d analyse des impacts Mise en place d une méthodologie à partir de certaines de ces méthodes (MFA - Analyse des Flux de Matière, TES - Tableaux Entrées-Sorties, ACV - Analyse du Cycle de Vie, Analyse Economique, Optimisation multiobjectif) Application de la méthodologie à la gestion du cuivre en France : utilisation de la MFA et des TES Travail en cours sur la gestion des déchets > 2 Effets du colmatage de la porosité sur les propriétés de diffusion d un matériaux poreux sous perturbation géochimique Approche expérimentale et modélisation Aurélie CHAGNEAU - 2 ème année > Master Géosciences et environnement, Université d Orléans > Effectué en 1 ère année : > Planning pour la 2 ème année : - Création et amélioration d un protocole - Duplicatas des profils de diffusion pour colonnes de diffusion - Exploitation des données obtenues en - Choix des matériaux d étude, tests de tomographie compatibilité - Suite et fin de l étude cinétique - Etude cinétique sur celestite (SrSO 4 )et - Premières expériences en diffusion avec strontianite (SrCO 3 ) (papier accepté) précipitation dans la porosité - Premiers profils de diffusion - Monitoring de l évolution par traceurs et - Premières mesures en tomographie tomographie - Construction d un modèle de transport - Modèle de transport réactif: reproduction réactif (reproduction et prédiction) des donnés expérimentales et prédiction Ecole doctorale Laboratoire Financement INE (Institute for Nuclear wastes Disposal) > 2

Potentiel Redox des argiles : impact sur la migration des polluants en milieu réducteur Jebril HADI Ecole doctorale Terre Univers Environnement (TUE) Institut des Science de la Terre (ISTERRE), Grenoble Financement: CARNOT / RECOSY 3 ème année EPI/MIS Enjeux: Redox, Argiles et Fe str > Fer : Elément redox ubiquiste, [Fe 2+ /Fe 3+ ] aq E 0 = 0.7V/ENH > Fer structural des argiles: Fe str Partie importante du Fer présent dans les sols source/puits renouvelable d électrons Fe 2+ str réducteur plus efficace que Fe 2+ aq => réactivité accrue Rôle clef dans un grand nombre de processus biogéochimiques naturels ou induits Smectites dioctaédriques [Si,Al,Fe] 4 (Fe,Al,Mg) 2 O 10 (OH) 2 X + y T O T Neumann et al. (2008) > 10 Si 4+ Al 3+, Fe 3+ Fe 3+, Al 3+ Fe 2+, Mg 2+ Capacité d Echange Cationique de l argile (CEC)

Impact très significatif de l état redox du Fe str > Réduction du Fe str octaédrique : Augmentation de la charge négative de l argile Variation de la CEC Impact également sur de nombreuses propriétés physico-chimiques de l argile : couleur, propriétés colloïdales, basicité (Lewis), hygroscopicité, arrangements structuraux, réactivité par rapport à des éléments redox (métaux) et divers composés organiques. Réduction du Fe str Adsorption d un cation X + Fe 3+ + e - Fe 2+ Déhydroxylation H + H 2 O Compétition entre deux mécanismes compensateurs > 3 CEC (meq/g) 1.4 1.3 1.2 1.1 0.9 Modèle empirique : CEC vs niveau de réduction > CEC = f (niveau de réduction, CEC initiale, K r ) Calibrage sur les données expérimentales préexistantes Reproduction de l allure curviligne en faisant varier un paramètre empirique (K r ) Dépendance entre K r et les caractéristiques structurales de l argile 1 1.32 SWa-1 Lear & Stucki (1985) Gast (1977) 0.8 Modèle empirique 0.7 53% 0 0.5 1 1.5 2 m (mmole Fe 2+ /g) K r (g/meq) 10 8 6 4 2 UPM CZB SBId-1 NZB SWa-1 GAN NG-1 NAu-2 NAu-1 0 0 SAz-2 1 2 3 4 5 m tot (mmole Fe/g) point initial (0%;CEC= 0.8 meq/g) Prédiction: (53%;1.32) Augmentation de charge compensée à 27% par la CEC K r : malgré l apparente dépendance à la composition, pas de sens physique > 12

Modèle mécanistique et statistique > Modélisation in silico, calcul itératif, matriciel: MATLAB Pour une composition donnée, construction d un feuillet TOT modèle Calculs basés sur des règles de valences (Pauling): Σ (valence / coordination) Règle n 1: progression de la réduction «valence moyenne» décroissante + choix aléatoire Règle n 2: déhydroxylation «contrainte» supérieure à une limite définie X + 0.87 [Fe 3+ 2+ 2.68 Al 1.08 Mg 0.24 ](Si 7.38 Al 0.62) )O 20 (OH) 4 δ oct + δ tet Progression site par site Fe 3+ +e - Fe 2+ δ oct Valence Fe (MAJ) Valences moyennes voisins Contraintes locales Contraintes faibles: CEC Contrainte suffisante: déhydroxylation Coordination sites voisins (MAJ) Valence moyenne voisins Contraintes locales Modèle mécanistique et statistique > Modélisation in silico, calcul itératif, matriciel: MATLAB Calcul de la CEC à partir de la structure générée CEC (meq/g) 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 SWA-1 Lear & Stucki (1985) Modèle empirique Modèle statistique 0.7 0 0.5 1 1.5 2 m (mmole Fe 2+ /g) Paramètre K r : composition + caractère «pseudo-aléatoire» du mécanisme de réduction

Conclusion > Réduction du Fe str : vers un modèle mécanistique Formule structurale CEC, ordre des changements structuraux Étendre le domaine de réduction mécanismes de compensation supplémentaires (migration, clusters..) Acquisition de données expérimentales > Du mécanisme à la réactivité redox du Fe str Identification et occurrence des sites plus ou moins réactifs Sens inverse : ré-oxydation (réversibilité?) Potentiel(s) standard(s) d oxydoréduction du couple Fe(II)/Fe(III) structural > 15 Réponse adaptative des communautés bactériennes telluriques aux métaux et métalloïdes : liens avec la disponibilité et le transfert des polluants métalliques dans les sols Jessica POIREL Encadrants : Corinne Leyval, Catherine Joulian et Patrick Billard Ecole doctorale RP2E / LIMOS Nancy (Laboratoire des Interactions Microorganismes-Minéraux-Matière Organique dans les Sols) 3 ème année POIREL Jessica Journées des doctorants (27 mars 2012)

Introduction > Pollution et éléments en traces métalliques (ETM) Fort impact toxicologique sur l environnement mais pollution difficile à définir : plusieurs paramètres entrent en jeu (concentration en ETM dans le sol, spéciation chimique et biodisponibilité) biodisponibilité : Fraction d une substance pouvant être absorbée ou métabolisée par un être vivant. > la mesure des effets des polluants métalliques sur des organismes est une approche complémentaire des analyses physico-chimiques du sol > Mécanismes bactériens de résistance aux éléments en traces métalliques Nombreux systèmes de détoxication des ETM (pompes d efflux). Biotransformation des ETM (oxydation, réduction ). > L arsenic dans l environnement Métalloïde ubiquitaire et très toxique Deux formes inorganiques principales arséniate (AsO 4 3- ) : As(V), la forme la moins biodisponible arsénite (AsO 3 3- ) : As(III), la forme la plus mobile et la plus toxique POIREL Jessica Journées des doctorants (27 mars 2012) > 2 Rappels des objectifs > Problématiques Mise au point d une méthode d analyse transcriptionnelle quantitative des gènes cibles Déterminer si les gènes arsb, ACR3 et aoxb et / ou leurs transcrits constituent des biomarqueurs pertinents des concentrations biodisponibles de l arsenic dans les sols et de son transfert du sol vers les eaux souterraines. DETOXICATION (Système arsb / ACR3) OXYDATION de l arsénite As(III) (gène aoxb) (aérobie) POIREL Jessica Journées des doctorants (27 mars 2012)

Protocole expérimental et résultats > Incubation de bactéries extraites d un sol de friche industrielle Expérience réalisée en 3 réplicats, 7 jours, 24 C, agitation de 150 rpm Pas d arsenic As(III) 10 µm As(III) 100 µm As(III) 1 mm As(III) 10 mm > Expression des gènes arsb, ACR3 et aoxb POIREL Jessica Journées des doctorants (27 mars 2012) Parcelles lysimétriques (www.gisfi.fr) > Etude de 4 modalités, chaque automne depuis 2005 : TN : Terre nue VS : Végétation spontanée MSm : Medicago sativa mycorhizé TD : Sol après désorption thermique Effet «temps» : p-value < 0,0001 Effet «plantes» (entre TN, VS et MSm) : La présence de plantes entraîne une diminution des populations bactériennes possédant le gène ACR3 (p-value < 0,0001). Effet «désorption thermique» (entre NM et TD) : Populations bactériennes possédant le gène ACR3 sont plus importantes dans le sol NM-MSm (p-value < 0,0001). POIREL Jessica Journées des doctorants (27 mars 2012)

Conclusions > En conditions contrôlées : La proportion de microorganismes possédant les gènes arsb, ACR3 et aoxb ne semble par être affectée par la concentration en As(III) > Le stress arsenic induit l expression des gènes arsb et ACR3 Ce résultat est moins clair pour le gène aoxb > In situ : L abondance du gène ACR3 varie significativement au cours du temps (en corrélation avec la fraction biodisponible d arsenic?) Perspectives > Tester l expression des gènes sur des échantillons de sol (Auzon, Haute-Loire, 43) Co-extraction de l ADN et des ARN messagers sur ces échantillons. > Etendre cette étude à des pompes d efflux de métaux (Cd, Zn et Pb) Nous avons conçu des amorces oligonucléotidiques dégénérées (CoDeHOP) permettant d amplifier spécifiquement les gènes codant les ATPases de type P POIREL Jessica Journées des doctorants (27 mars 2012) Instruments économiques pour la gestion décentralisée des eaux souterraines à usage agricole en France Domaine EAU FIGUREAU Anne-Gaëlle - 1ère année Ingénieur Agronome Master 2 Recherche en Economie de l environnement Ecole Doctorale Economie et Gestion de Montpellier, UMR G-EAU > Objectif de la thèse : Elaborer des scénarios de gestion décentralisée de la ressource en eau souterraine, intégrant des instruments économiques (échange de quotas, taxe ambiante, ) et adaptés à des contextes locaux français > 2