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Theses Year : 2008

Study of the impact of environmental bacteria on uranium speciation in order to engage bioremediation process

Etude de l'impact de bacteries environnementales sur la speciation de l'uranium en vue de processus de bioremediation

Guillaume Untereiner
  • Function : Author

Abstract

Uranium is both a radiological and a chemical toxic. Its concentration in the environment is low except when human activities have caused pollution. Uranium is a heavy reactive element, and thus it is easily complexed with soil component like minerals or organic molecules. These different complexes can be more or less bioavailable for microorganisms and plants, and then get in the human food chain. The knowledge and the understanding of transfer mechanisms and also the fate of toxic elements in the biosphere are a key issue to estimate health and ecological hazards. The knowledge of the speciation is very important for bioremediation processes. Here, we focused on the microorganisms effects onto uranium speciation in environment. Bacteria can accumulate and/or transform uranium depending on the initial form of the element. Thus, its bioavailability could be changed. The species used in this work are Cupriavidus metallidurans CH34, which is an environmental bacteria with a high resistance to heavy metal, Deinococcus radiodurans R1, which is known for his radiological resistance, and Rhodopseudomonas palustris, which is a purple phototrophic bacteria capable of degrading aromatic compounds. Two forms of uranium were used with these bacteria, a mineral one, uranyl carbonate, and an organic one, uranyl citrate. In a first step, the growth media were modified in order to stabilize uranium complexes thanks to a simulation program. Then, the capacity of the bacteria to accumulate or transform uranium was studied. We saw a difference between minimal inhibition concentrations of these two speciation which is due to a difference between phosphate bioavailability. No accumulation was observed with environmental pH but uranium precipitation was observed with acidic pH (pH 1). Uranium speciation seemed to be well controlled in the growth media and the precipitates were uranyl phosphate.
L'uranium est un toxique à la fois chimique et radiologique. C'est un élément que l'on retrouve à faible concentration dans l'environnement sauf lors de pollutions causées par les activités humaines. Du fait de sa forte réactivité, l'ion uranyle peut se complexer à de nombreux constituants du sol, qu'ils soient minéraux ou organiques. Ces différentes formes peuvent être ainsi plus ou moins biodisponibles pour les microorganismes et les plantes et peuvent ensuite rentrer dans la chaîne alimentaire de l'homme. La connaissance et la compréhension des mécanismes de transfert et du devenir d'éléments toxiques chimiques et radiologiques dans la biosphère constituent donc un enjeu capital pour permettre une bonne estimation des risques sanitaires et écologiques. La connaissance de la spéciation est capitale pour engager des processus de biorémédiation. Ici, c'est l'effet des microorganismes sur la spéciation de l'uranium dans l'environnement qui nous intéresse. Selon les formes initiales de l'uranium, les bactéries peuvent l'accumuler et/ou le transformer et ainsi modifier sa biodisponibilité. Les modèles utilisés dans cette étude sont Cupriavidus metallidurans CH34, bactérie tellurique résistante aux métaux lourds, Deinococcus radiodurans R1, bactérie connue pour être une des espèces les plus radiorésistantes et Rhodopseudomonas palustris, bactérie pourpre autotrophe capable de dégrader les composés aromatiques en anaérobie. Ces bactéries sont cultivées en présence de deux formes d'uranium retrouvées dans l'environnement : une forme minérale, le carbonate d'uranyle et une forme organique, le citrate d'uranyle. Ces formes ont d'abord été modélisées et les milieux de culture ont été modifiés pour pouvoir travailler avec ces espèces. La capacité des bactéries à résister, à transformer et/ou accumuler l'uranium a été étudiée. On observe une différence entre les concentrations minimales inhibitrices des deux spéciations mais celle-ci est en fait due à une différence de biodisponibilité des phosphates. Aucune accumulation ne semble être mise en évidence aux pH environnementaux par dosage de l'uranium et par observation au microscope électronique à transmission alors qu'une précipitation est observée à pH 1. La spéciation de l'uranium a été étudiée par spectroscopie d'absorption X (EXAFS). La spéciation est bien maitrisée dans les milieux de culture et les précipités observés aux pH très acide sont ces complexes de phosphates d'uranyle.
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Dates and versions

pastel-00004694 , version 1 (19-03-2009)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00004694 , version 1

Cite

Guillaume Untereiner. Study of the impact of environmental bacteria on uranium speciation in order to engage bioremediation process. Life Sciences [q-bio]. AgroParisTech, 2008. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00004694⟩

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