VII. Dynamique de la mobilité de l’arsenic et des communautés
VIII.4. Effet des communautés microbiennes du sol G07 sur une accumulation d’AsV en
Les concentrations initiales et finales d’As et de Fe, et les valeurs de pH et de Eh dans la phase aqueuse des incubations du sol G07 en anaérobiose sont présentées Tableau 34.
pH Eh (mV) As (µg.l-1) Fe (µg.l-1) Condition d’incubation T0 T28 T0 T28 T0 T28 T0 T28 c1 7,5 7,4 49 91 107 251 <5 1 <5 1 c2 7,3 7,5 95 81 39 147 <5 1 <51 Abiotique c3 7,3 7,4 95 94 30 91 <5 1 <5 1 c1 7,7 7,4 120 -420 60 408 <5 1 n.d. 2 c2 7,4 7,8 115 -381 34 24894 <5 1 438 Biotique c3 7,3 7,8 94 -378 31 30626 <5 1 235 1 Limite de détection 2 Non déterminé
Tableau 34 : Principales caractéristiques de la phase aqueuse des incubations du sol G07 en condition anaérobie aux temps initial (T0) et final (T28).
VIII.4.1. Evolution de l’As et du fer
Les concentrations d’As initialement libérées en solution sont similaires en condition biotique et abiotique, et ont exclusivement été retrouvées sous forme d’AsV (forme initialement adsorbé sur les HFO) (Tableau 34). Curieusement, elles sont plus élevées que celles obtenues dans les expériences précédentes menées sur le même sol. Dans ces dernières, les HFO-AsV avaient été préalablement stérilisés par autoclavage, alors qu’ils ont été stérilisés par rayons γ
pour cette expérience, suggérant que l’autoclavage stabilise l’adsorption de l’AsV sur les HFO. Aucune libération de Fe n’a initialement été détectée.
Les suspensions biotiques ont clairement changé de couleur après 14 jours d’incubations. De jaunes orangées, elles ont viré à noires (Figure 67A), tandis qu’aucune variation n’a été remarquée ni en condition abiotique anaérobie, ni en condition aérobie (Figure 67B). Ces suspensions dégageaient également une odeur nauséabonde, ressemblant à celle des « œufs pourris » et caractéristique du sulfure d’hydrogène (H2S).
Une diminution significative des valeurs d’Eh, atteignant -393 mV en moyenne après 28 jours d’incubation, a été observée dans les conditions biotiques. Le développement de conditions fortement réductrices (Figure 68) a favorisé le développement d’une microflore sufato-réductrice détectées via les gènes dsrAB, codant une enzyme clé de la réduction du sulfate et de la production de sulfures. Ces gènes ont été détectés dès T14 alors qu’ils étaient absent à T0 et T7, montrant que des bactéries sulfato-réductrices se sont développées en cours d’incubation et donc que des sulfures ont été produits. Néanmoins, la présence de sulfures dans le milieu n’a pas été vérifiée. Le sol G07 a été prélevé à proximité de cultures de maïs, nécessitant généralement des amendements soufrés (tels que le sulfate d’ammonium), suggérant que de fortes concentrations en sulfate sont présentes dans ce sol, et donc que les conditions fortement réductrices et le développement de bactéries sulfato-réductrices ont favorisé leur réduction en sulfures.
Les valeurs de pH ont également montré un profil plus variable dans les conditions biotiques (± 0,6 unité pH). Les plus fortes variations de ces deux paramètres ont été observées pour la condition biotique c1 (Figure 68). Dans les conditions abiotiques, les valeurs de pH et d’Eh sont restées stables.
Figure 67 : Aspect des suspensions de sols G07 incubées en conditions anaérobie (A) et aérobie (B).
Figure 68 : Evolution du pH et du Eh dans les incubations du sol G07 en condition anaérobie.
Une solubilisation significative de Fe a également été observée dans les conditions biotiques après 14 jours d’incubation (Figure 69), indiquant une réduction microbienne dissolutive des HFO piégeant l’As et vraisemblablement la présence de bactéries FeIII-réductrices. La plus forte concentration a été détectée dans la condition biotique c3 (7395 µg.l-1) et la plus faible dans la condition biotique c1 (119 µg.l-1). Toutefois, une diminution significative a été constatée à la fin du suivi (Figure 69 et Tableau 34), indiquant une précipitation de Fe, qui serait à l’origine de la couleur noire des suspensions. En effet, les ions FeII et/ou FeIII, libérés en solution, ont pu réagir fortement avec des ions sulfures probablement produits dans ces conditions pour former du sulfure de Fe (FeS), selon les réactions suivantes :
Fe2+ + H2S → FeS + 2H+ ou, 2Fe3+ + H2S → FeS + S + 6H+.
Le sulfure de Fe reste précipité dans l’eau sous forme de très fines particules. En laboratoire, une eau contenant ce précipité est noire et reste noire après plusieurs jours, voir semaines, sans qu’aucune phase plus claire ne se forme. A noter que le Fe est resté indétectable en condition abiotique, durant les 28 jours d’incubation (Figure 69 et Tableau 34).
Figure 69 : Dynamiques des concentrations de Fe et d’As total dans les incubations du sol G07 en condition anaérobie. Le Fe total en solution a été mesuré uniquement aux temps 0, 14 et 28.
Une augmentation significative d’As a été observée dans les trois conditions biotiques après 7 jours d’incubation (Figures 69 et 70). Elle est concomitante à la hausse significative de Fe en solution observée à T14, indiquant une étroite relation entre la solubilisation de ces deux éléments (Figure 69). Par ailleurs, contrairement aux conditions abiotiques présentant exclusivement de l’AsV en solution, les conditions biotiques présentent plus de 75% d’AsIII après 7 jours d’incubation (Figure 70). L’activité microbienne a donc favorisé la désorption de l’AsV puis sa réduction en AsIII. Le développement de bactéries capables de respirer l’AsV, via le système ArrAB, a été confirmé par l’amplification des gènes arrA dans les trois conditions. Ces bactéries sont probablement à l’origine de la réduction de l’AsV en AsIII et laisse envisager une désorption directe de l’AsV à partir des HFO.
Malgré une concentration initiale plus importante en HFO-AsV (1000 mg.kg-1), la condition c3 a présenté une plus lente solubilisation d’As que les conditions c1 et c2. A T7, la plus forte concentration d’As a été retrouvée dans la condition c1 (1,5 mg.l-1). Elle a ensuite été détectée dans la condition c2 à T14 (6,2 mg.l-1), ainsi qu’à T21 (26,7 mg.l-1). Et ce n’est qu’a la fin du suivi que la condition c3 a présenté la plus forte teneur en As soluble (30,6 mg.l-1), principalement sous forme d’AsIII (88%) (Figures 69 et 70). Toutefois, contrairement aux conditions c1 et c2, l’As en solution dans la condition c3 n’a cessé d’augmenter jusqu’à la fin des incubations (Figure 70C). En effet, une légère diminution de l’As soluble,