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Theses Year : 2008

Chemical signatures of bacterial activity in acid mine drainage

SIGNATURES CHIMIQUES DE L'ACTIVITE BACTERIENNE DANS LES EAUX ACIDES MINIERES

Marion Egal
  • Function : Author
  • PersonId : 867126

Abstract

Extremophile microorganisms play a key role in iron cycling (oxidation and precipitation) in acid mine drainage. The mineral phases that precipitate in AMD are effective scavengers of toxic elements such as arsenic. The aim of this study is to better understand the role of bacterial activity in processes leading to a natural removal of Fe and As in AMD. For this, some potential fingerprints of bacterial activity were studied (speciation changes, formation of biominerals, isotopic fractionation). Field studies have been coupled to laboratory experiments. Dial and annual variations of iron and arsenic concentrations were evidenced in the Reigous AMD, due to physico-chemical and hydrological processes respectively. Tooeleite, an Fe(III)-As(III) oxyhydroxysulfate, occurs in bacterial concretions all year long. The influence of biotic factors (identity of Acidithiobacillus ferrooxidans strains and cell concentration) on the formation of this mineral was studied in laboratory experiments. The evolution of iron isotopic composition in water and sediments, monitored during the course of the experiment and in situ (Reigous and Rio Tinto streams), shows a systematic enrichment of heavy isotopes in the solid phase compared to water whatever the original Fe speciation. Even if bacteria favour iron oxidation and precipitation in these environments, the observed fractionations are equilibrium fractionations dominated by abiotic processes.
Les microorganismes extrêmophiles jouent un rôle déterminant dans le cycle du fer (oxydation et précipitation) dans les drainages miniers acides. Les phases minérales formées peuvent piéger efficacement des éléments toxiques tels que l'arsenic. L'objectif de ce travail est de mieux comprendre le rôle de l'activité bactérienne dans les processus d'atténuation naturelle des concentrations en Fe et As dans les DMA. Pour cela, différents marqueurs potentiels de l'activité bactérienne ont été étudiés (changement de spéciation, formation de biominéraux, fractionnement isotopique). L'approche de terrain a été combinée à des expériences de laboratoire. Des variations journalières et annuelles des concentrations en fer et arsenic ont été mises en évidence dans le DMA du Reigous, attribuées respectivement à des facteurs physico-chimiques et hydrologiques. La tooéléite, un oxyhydroxysulfate de Fe(III) et As(III), est présente dans les concrétions bactériennes tout au long de l'année. L'influence des facteurs biotiques (identité des souches bactériennes d'Acidithiobacillus ferrooxidans et concentration cellulaire) sur la formation de ce minéral a été étudiée en laboratoire. L'évolution de la composition isotopique du fer dans l'eau et les solides, mesurée au cours de ces expériences d'incubation et in situ (Reigous et Rio Tinto) montre un enrichissement systématique en isotopes lourds dans les solides par rapport à l'eau de départ quelle que soit la spéciation du fer initiale. Bien que l'activité bactérienne intervienne dans l'oxydation et la précipitation du fer dans ces systèmes, les fractionnements observés sont des fractionnements d'équilibre dominés par des processus abiotiques.
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Dates and versions

tel-00455420 , version 1 (10-02-2010)

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  • HAL Id : tel-00455420 , version 1

Cite

Marion Egal. SIGNATURES CHIMIQUES DE L'ACTIVITE BACTERIENNE DANS LES EAUX ACIDES MINIERES. Géochimie. Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00455420⟩
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