Des chercheurs du Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR), en collaboration avec Wismut GmbH et des scientifiques de l’Université de Grenade en Espagne, ont démontré pour la première fois que des bactéries peuvent transformer l’uranium dissous dans l’eau en un composé chimique stable, à condition d’avoir accès au glycérol comme source de nourriture. L’uranium adopte alors un état chimique, connu jusqu’alors uniquement comme transitoire. Les résultats de l’étude ont été publiés dans le journal Nature Communications et sont pertinents pour les recherches futures sur l’utilisation des bactéries dans la restauration de l’environnement.
Les bactéries présentes dans l’environnement, que ce soit dans le sol ou dans l’eau, jouent un rôle crucial dans les écosystèmes, certaines se spécialisant dans la décomposition des substances nocives. « Il existe des bactéries capables d’utiliser métaboliquement le métal lourd toxique qu’est l’uranium », souligne le docteur Evelyn Krawczyk-Bersch, scientifique au sein du groupe de recherche en microbiologie terrestre du HZDR et co-auteur de l’étude. Elle précise que « nos recherches ont déjà montré que les bactéries peuvent utiliser l’uranium dissous dans l’eau pour leur métabolisme, lorsqu’elles ont accès au glycérol comme source de nourriture ». Le glycérol, principal composant des graisses végétales et animales, se forme naturellement, par exemple, lors de la décomposition du bois par les champignons.
Les bactéries accumulent l’uranium dans leurs parois cellulaires
Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont cherché à déterminer dans quelle mesure les bactéries peuvent réduire la quantité d’uranium dissous dans l’eau et sous quelles formes chimiques l’uranium libre est transformé par les processus métaboliques bactériens. Pour les expériences, de l’eau de mine d’une mine d’uranium inondée dans les Monts Métallifères, appartenant à Wismut GmbH, a été utilisée. Les recherches en laboratoire se sont déroulées dans un environnement sans oxygène, où une certaine quantité de glycérol était ajoutée aux échantillons d’eau.
« Nous voulions créer des conditions naturelles pour la communauté bactérienne déjà présente dans l’eau de la mine, car à une profondeur d’environ 2000 mètres (6600 pieds), il y a généralement peu ou pas d’oxygène », a expliqué Antonio M. Newman-Portela, ancien doctorant du HZDR et du département de microbiologie de l’Université de Grenade, auteur principal de l’étude. Dans des conditions favorables à la croissance des bactéries, celles-ci ont commencé à utiliser le glycérol comme source de nourriture. « Après 130 jours, il ne restait qu’environ 5 % d’uranium dissous dans l’eau des échantillons », a déclaré Newman-Portela. « Nous soupçonnions que les bactéries avaient accumulé l’uranium dans leurs parois cellulaires. Nous connaissions déjà ces processus d’accumulation grâce à la littérature ». Les chercheurs ont pu prouver la présence d’uranium dans les parois cellulaires des bactéries.
Formation d’un composé stable FeU(V)O4
Pour déterminer les composés chimiques exacts, l’équipe a utilisé des méthodes microscopiques et spectroscopiques avancées. Les recherches comprenaient des expériences sur la ligne de faisceau de Rossendorf (ROBL), exploitée par le HZDR au Centre européen de rayonnement synchrotron (ESRF) à Grenoble, en France, ainsi que des recherches supplémentaires à l’Université de Grenade. En chimie, le terme « valence » décrit combien de « mains » un atome possède pour lier d’autres atomes dans un composé chimique. « L’uranium se trouve généralement avec une valence de 4 ou 6. L’uranium pentavalent existe, mais il est rare ou seulement transitoire. Jusqu’à présent, il n’a été observé que dans un état d’oxydation instable », a expliqué Newman-Portela. « Les résultats de notre étude étaient donc extrêmement surprenants, car dans la biomasse analysée de nos expériences, une proportion inhabituellement élevée de l’uranium identifié était également de l’uranium pentavalent ».
Les chercheurs ont découvert que l’uranium pentavalent formait un composé FeU(V)O4 avec du fer et de l’oxygène. « Ce composé d’uranium n’a pas encore de nom, car il est relativement nouveau. Il a été démontré pour la première fois dans une étude de 2020 dans laquelle des échantillons de sol de certaines régions de Croatie contaminées par des munitions à l’uranium ont été analysés », explique Krawczyk-Bersch. Il a été établi que même sous l’influence de l’oxygène atmosphérique, ce composé d’uranium reste stable pendant plus de 25 ans. « Mais jusqu’à présent, nous ne savions pas comment ce composé se forme dans la nature ni que les bactéries jouent un rôle dans sa formation », a-t-elle ajouté. Dans des expériences ultérieures, le groupe de recherche du HZDR a observé que la quantité de FeU(V)O4 augmentait effectivement lorsque la biomasse séchée était exposée à l’oxygène.
« Notre étude a montré pour la première fois que les bactéries, qui reçoivent du glycérol comme source de carbone, peuvent transformer l’uranium toxique dissous dans l’eau en un composé chimique stable », a résumé Krawczyk-Bersch. « Nous devons encore étudier dans quelle mesure les bactéries peuvent aider à neutraliser l’uranium à des fins de restauration de l’environnement ». Dans les travaux futurs, l’équipe du HZDR vise à obtenir
