Des chercheurs ont pour la première fois démontré que des bactéries peuvent transformer l’uranium dissous dans l’eau en un composé chimiquement stable en présence de glycérol, qui leur sert de source de nourriture. Dans des conditions de croissance favorables, les bactéries réduisaient à 5 % la concentration d’uranium en seulement 130 jours. Cette approche pourrait contribuer au développement de nouvelles stratégies de dépollution plus respectueuses de l’environnement.
La contamination à l’uranium (un métal lourd) demeure un défi environnemental majeur à travers le monde, en particulier dans les régions environnant les activités d’exploitation minière. Mis à part les mines, des sources anthropiques telles que les engrais phosphatés ont également contribué à sa large propagation. Les réserves d’eau potable de surface et souterraines dépassent fréquemment le niveau de référence sanitaire de 0,03 mg/l dans de nombreuses régions.
De tels niveaux ont été enregistrés dans de nombreux pays, notamment la France, les États-Unis, l’Inde, le Canada, l’Allemagne, l’Afrique du Sud, l’Australie, le Portugal et le Brésil. En Allemagne, le site de Schlema-Alberoda, en Saxe, figurait par exemple parmi les plus grandes mines d’uranium au monde jusqu’en 1990 et constitue encore aujourd’hui un cas d’étude de la contamination à long terme par ce métal lourd. La mine a notamment été inondée d’eau depuis sa fermeture et cette eau nécessite encore aujourd’hui un traitement continu.
Compte tenu des risques auxquels la contamination à l’uranium expose la santé humaine et l’environnement, différentes stratégies de dépollution ont été explorées au cours des trois dernières décennies. Parmi ces stratégies figurent la dépollution biologique, notamment l’utilisation de bactéries spécialisées naturellement présentes dans le sol.
« Il existe des bactéries capables d’utiliser l’uranium dans leur métabolisme, un métal lourd toxique », explique Evelyn Krawczyk-Bärsch, chercheuse au sein du groupe de recherche en microbiologie terrestre du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). La mesure et les conditions précises dans lesquelles ces bactéries peuvent réellement réduire les concentrations d’uranium dans un milieu contaminé demeuraient cependant jusqu’ici incertaines.
L’enjeu consistait également à déterminer si les produits de transformation de l’uranium sont suffisamment stables pour ne pas représenter un risque supplémentaire pour l’environnement et la santé. C’est ce que visait à déterminer Krawczyk-Bärsch et ses collègues dans une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Communications.
Une concentration réduite à 5 % en 130 jours
L’équipe de Krawczyk-Bärsch avait mis au jour dans de précédents travaux que certaines bactéries anaérobies, notamment des taxons métallo-réducteurs tels que les genres Geobacter et Shewanella, peuvent transformer l’uranium (ou l’utiliser pour leur métabolisme) en présence de glycérol. Le glycérol est un composant essentiel des graisses végétales et animales. Dans la nature, il se forme par exemple lors de la décomposition du bois par les champignons.
Pour étayer leurs observations, les chercheurs ont prélevé de l’eau provenant d’une mine d’uranium inondée des monts Métallifères, appartenant à la société Wismut GmbH. Ils y ont ensuite exposé les bactéries spécialisées dans des conditions anaérobies, en ajoutant des quantités précises de glycérol 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 2 000 mètres (6 600 pieds), il y a généralement peu ou pas d’oxygène dans la mine », explique Antonio M. Newman-Portela, ancien doctorant au HZDR et au département de microbiologie de l’université de Grenade (Espagne), et auteur principal de l’étude.
Dans les conditions optimales, les bactéries ne laissaient plus que 5 % environ d’uranium dissous dans l’eau après 130 jours. D’après les chercheurs, cette diminution résulterait de la réduction de l’uranium dissous et de la formation du composé observé, qui s’accumulerait au niveau de leurs parois cellulaires.
Un composé stable pendant plus de 25 ans
Afin de déterminer sous quelle forme l’uranium était accumulé, les chercheurs ont utilisé des techniques de microscopie et de spectroscopie de pointe. Ils ont constaté que l’uranium était majoritairement présent sous forme pentavalente (la valence désigne le nombre de liaisons qu’un atome peut avoir avec d’autres atomes d’une molécule).
« L’uranium se présente généralement sous une valence de 4 ou 6. L’uranium pentavalent existe, mais il est rare ou transitoire. Jusqu’à présent, on l’avait observé dans un état d’oxydation instable », explique Newman-Portela. « Les résultats de notre étude sont donc extrêmement surprenants, car dans la biomasse analysée lors de nos expériences, une proportion inhabituellement élevée de l’uranium identifié était également de l’uranium pentavalent. »
L’uranium pentavalent formait un composé stable avec du fer et de l’oxygène (du FeU(V)O₄), un composé qui a été identifié pour la première fois dans un échantillon de sol provenant d’un site croate contaminé par des munitions à l’uranium. Des travaux antérieurs avaient déjà montré que ce composé pouvait rester stable dans la nature pendant plus de 25 ans, mais on ignorait jusqu’ici l’implication précise des bactéries dans sa formation.
L’équipe de cette nouvelle étude a également montré que le FeU(V)O₄ augmentait lorsque la biomasse séchée est exposée à l’oxygène. D’après les chercheurs, la prochaine étape consistera à déterminer dans quelle mesure les bactéries pourraient contribuer à rendre l’uranium inoffensif à des fins de dépollution environnementale.
