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Oleinikova, Olga. Dégradation photochimique et biodégradation des colloïdes organiques dans les eaux de surface boréales

Oleinikova, Olga (2018). Dégradation photochimique et biodégradation des colloïdes organiques dans les eaux de surface boréales.

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Résumé en francais

La matière organique dissoute (MOD) est un composant important des eaux naturelles, déterminant la forme des éléments et les émissions de gaz à effet de serre (CO2, CH4), et influence la biodiversité des milieux des eaux. Les eaux boréales sont connues pour être généralement riches en fer, et cela est vrai en particulier pour les eaux de la région étudiée (Carélie du Nord, Russie). Le fer est associée aux MOD dans les complexes de bas poids moléculaire et les colloïdes organo-ferreux de haut poids moléculaire, qui agissent comme les principaux transporteurs d'éléments traces métalliques dans le continuum hydrologique typiques de cette région : sol - marais - rivière - lac. La transformation des colloïdes organo-ferreux se fait sous l'influence de deux facteurs principaux: la dégradation bactérienne et la dégradation photochimique. Cette étude est consacrée à l'analyse du comportement du carbone organique dissous (COD) et des éléments traces (ET) des eaux de surface en zone boréale sous l'influence de l'activité métabolique des bactéries hétérotrophes et de l'oxydation photolytique des MOD sous l'effet de la lumière du soleil. Dans les expériences, un lixiviat de tourbière, un échantillon d'eau de marais, un échantillons d'eau de ruisseaux, un échantillon de rivière, un échantillon d'eau de lac humique, un échantillon d'eau de lac oligotrophique et un pluvio-lessivat collecté sous un pin, échantillons dans lesquelles dominent les MOD de nature humique, ont été utilisés comme substrats. Des expériences en laboratoire utilisant des communautés monosouches de bactéries aérobies hétérotrophes Pseudomonas aureofaciens et Pseudomonas saponiphila (prélevées sur le territoire de Carélie) ont permis d'établir que la MOD allochtone des milieux aquatiques en zone boréale possède une forte résistance à l'activité des bactéries étudiées. Le taux de minéralisation bactérienne du COD était de 0 à 4.3 mgC.L-1.jour-1 selon le substrat, et la fraction de faible poids moléculaire (<1 kDa) de la MOD est plus susceptible de destruction que celle de poids moléculaire élevé (de 1 kDa à 0.22 µm). L'interaction des bactéries avec divers substrats aqueux a montré pour une large gamme d'éléments (Al, Fe, Mn, Ni, Co, Cu, Cd, REE, U) une prédominance significative d'une adsorption rapide sur la surface cellulaire observée lors de la première heure d'expérience (t < 1h) par rapport à une diminution lente observée lors de la suite de l'expérience (1h < t < 96h), diminution lente lié à l'assimilation intracellulaire des métaux et à la coprécipitation extracellulaire des éléments avec des hydroxydes de Fe et Al. L'analyse de divers substrats a montré une augmentation de l'adsorption des métaux avec le rapport DOC/Fe dans la solution initiale, ce qui peut être due à la compétition entre Fe et d'autres cations métalliques pour les sites d'adsorption anioniques des surfaces des cellules bactériennes. Le suivi des dynamiques d'élimination des métaux des solutions expérimentales pendant 96 heures n'a pas mis en évidence de lien entre l'élimination des métaux et le pH et les valeurs absolues de concentration de DOC et de Fe. Une relation a été établie entre la diminution lente (96 h) des éléments et le degré initial de sursaturation de la solution en oxydes et hydroxydes de fer et d'aluminium. Des expériences en conditions naturelles avec des échantillons d'eau de rivière et de marais a montré que la destruction photolytique de la MOD est beaucoup plus efficace pour l'eau de marais. Le taux de minéralisation du COD était de 0.3 mgC.L-1.jour-1 dans la rivière et de 2.5 mgC.L-1.jour-1 dans l'eau de marais. Il existe trois processus principaux responsables de l'élimination et de la redistribution des microéléments entre les différentes fractions colloïdales dans les eaux de tourbières riches en MOD et en Fe sous l'action de la lumière du soleil: 1) la dégradation de la partie organique de la fraction colloïdale (1 kD - 0.22µm) avec la formation de ligands organiques à faible poids moléculaire (<1 kDa); 2) la coagulation et la précipitation des oxydes et des hydroxydes de Fe et Al avec les éléments-hydrolysat trivalents et tétravalents comme V, P, Cr et As, après l'élimination de la partie organique par rayonnement solaire; 3) libération de métaux alcalins et alcalino-terreux, Mn, Co, Ni, Zn et SO42- à partir de complexes organiques avec les MOD. Ainsi, la dégradation des MOD en zone boréale provoquée par la lumière du soleil peut conduire à la formation des formes ioniques, donc potentiellement biodisponibles, d'éléments traces tels que K, V, Cr, Mn, Co, Ni, Zn, Ba; à une réduction de la concentration dans l'eau les éléments toxiques (Cr, As); et enfin à une diminution de la concentration de l'élément limitant le développement des microorganismes - le phosphore.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Pokrovsky, Oleg
Bychkov, Andrey
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Géosciences Environnement Toulouse (GET), UMR 5563
Mots-clés libres :Carbone organique dissous - Boréal - Fer - Eléments traces - Biodégradation - Adsorption - Coagulation - Photodégradation - Complexation - Fractionnement granulométrique
Sujets :Sciences de la terre
Déposé le :19 Sep 2018 16:41