Le calcium contrôle la capacité des agrégats fer-matière organique à piéger les polluants : exemple de l’arsenic

Soumis par Isabelle Dubigeon le ven 06/11/2020 - 11:58
Article dans Journal of hazardous materials

Anthony Beauvois, Martine Bouhnik-Le Coz, Charlotte Catrouillet et Mélanie Davranche (Université de Rennes 1, CNRS, Géosciences Rennes) et leurs collègues Jacques Jestin (CEA Saclay), Delphine Vantelon, Valérie Briois, Thomas Bizien (Synchrotron SOLEIL) publient en février 2021 dans le Journal of hazardous materials un article sur le contrôle du calcium sur la capacité des agrégats fer-matière organique à piéger les polluants, notamment de l’arsenic.

Les agrégats organo-minéraux fer-matière organique (Fe-MO) sont très rependus dans l’environnement. Leur forte affinité pour les polluants, leur taille sub-micromètrique et leur faible masse en font des vecteurs majeurs des polluants métalliques. Ils sont produits dans de nombreux systèmes naturels tels que les zones humides, les tourbières et, plus récemment, via la fonte des pergélisols. Le changement climatique, en provoquant une augmentation de la fréquence des événements pluvieux extrêmes et donc des processus d’érosion des sols ainsi que l’augmentation des températures responsable de l’amplification de la fonte des pergélisols, a drastiquement augmenté leur production dans l’environnement.

La capacité de piégeage des polluants par les agrégats Fe-MO est contrôlée par leur organisation structurale. Dans le cas de l’arsenic (As), cette capacité dépend de la disponibilité des fonctions chimiques de surfaces des nano-hydroxydes de Fe et de leurs interactions avec la matière organique. En combinant des techniques d’analyse de pointe (telles que l’imagerie haute résolution, la diffusion des rayons X et neutrons à petits angles ou encore la spectroscopie d’absorption des rayons X), il a récemment été montré que ces agrégats Fe-MO possèdent une organisation structurale complexe. La matière organique se lie au fer ce qui inhibe la croissance des hydroxydes de Fe. Ainsi, le Fe s’organise sous forme d’oligomères (taille inférieure à 1 nanomètre) et de nano-hydroxydes (taille de l’ordre de quelques nanomètres). Les nano-hydroxydes sont soit isolés, soit agrégés et enchevêtrés dans un agrégat de MO formant un agrégat globale dont la taille est de l’ordre de la centaine de nanomètres.

Cette organisation structurale complexe varie en fonction de la composition géochimique des eaux naturelles et notamment la concentration en cation majeurs. Parmi ces cations majeurs, nous avons montré que le calcium (Ca) crée des ponts cationiques entre les molécules de MO et permet la formation d’un réseau organique de taille micrométrique dans lequel sont enchevêtrés les oligomères et les nano-hydroxydes de fer2. Le calcium, lié à la matière organique, contrôle non seulement la répartition oligomères/nano-hydroxydes mais aussi la taille des nano-hydroxydes de Fe et leur taux de recouvrement par la matière organique, contrôlant ainsi la disponibilité de leurs sites de surface qui sont responsables du piégeage des polluants.

>>> Pour en savoir plus, voir sur le site de l'OSUR

Isabelle Dubigeon
ven 06/11/2020 - 14:43