Formation d’uranium pentavalent et tétravalent via des bactéries stimulées par le glycérol dans l’eau de mine

Pourquoi l’uranium souterrain compte pour la vie quotidienne

Partout dans le monde, d’anciennes mines d’uranium continuent de laisser des traces de ce métal radioactif s’infiltrer dans les nappes phréatiques. Même à faibles concentrations, l’uranium peut menacer les approvisionnements en eau potable et les écosystèmes, et son assainissement est coûteux et long. Cette étude explore une alternative intrigante : laisser les microbes naturellement présents dans l’eau de mine, aidés par un sous‑produit industriel appelé glycérol, piéger l’uranium dans de petites particules stables afin qu’il ne puisse plus se déplacer librement dans l’environnement.

Transformer un déchet en agent de dépollution

Les chercheurs ont travaillé avec de l’eau provenant d’une ancienne mine d’uranium en Allemagne qui contient encore plus d’uranium que ce que la réglementation autorise. Plutôt que de s’appuyer uniquement sur un traitement chimique, ils ont mis en place des flacons fermés remplis d’eau de mine et ajouté du glycérol, un sous‑produit bon marché et abondant de la production de biodiesel. Le glycérol sert de nourriture à certains microbes. En le dégradant, ces microbes modifient l’équilibre chimique de l’eau, la faisant passer d’une situation riche en oxygène à des conditions fortement appauvries en oxygène. Sur 130 jours, ce changement a permis à la communauté microbienne d’éliminer jusqu’à 96 % de l’uranium dissous de l’eau.

Des microbes qui transforment l’uranium dans l’obscurité

Dans ces conditions pauvres en oxygène, plusieurs groupes de bactéries se sont développés. Des microbes fermentaires ont utilisé le glycérol pour produire de petites molécules organiques et du dihydrogène, qui ont ensuite alimenté des bactéries réductrices du sulfate et des métaux. Ces derniers groupes utilisent connument des métaux comme l’uranium dans leur métabolisme énergétique. Ce faisant, l’uranium dissous sous sa forme très mobile a été transformé en particules solides qui se sont agglutinées aux surfaces cellulaires et ont coulé vers le fond. Parallèlement, d’autres substances dissoutes telles que le fer, le sulfate et l’arsenic ont également diminué, révélant une refonte globale de la chimie de l’eau de mine sous l’effet de l’activité microbienne.

Nanocristaux et un état intermédiaire surprenant

Pour déterminer précisément quelles formes d’uranium avaient été créées, l’équipe a eu recours à de puissantes techniques aux rayons X dans un synchrotron et à la microscopie électronique haute résolution. Ils ont découvert que la majeure partie de l’uranium avait été réduite en une forme moins soluble qui s’est assemblée en cristaux de l’échelle nanométrique d’un minéral connu sous le nom d’uraninite. Ces cristaux faisaient seulement quelques milliardièmes de mètre de diamètre et avaient tendance à s’agréger à la surface externe des cellules bactériennes. Plus surprenant, une fraction substantielle de l’uranium existait dans un état chimique intermédiaire, entre les formes « hautes » et « basses » habituelles. Cet état intermédiaire se présentait à la fois sous forme de complexes dissous liés au carbonate dans l’eau et sous forme de particules solides où l’uranium était étroitement associé au fer dans un minéral mixte connu sous le nom de FeUO4.

Stabilité face au retour de l’oxygène

Toute stratégie d’assainissement en conditions réelles doit résister aux variations, y compris au retour de l’oxygène qui peut re‑mobiliser les métaux. Les chercheurs ont donc exposé certaines des particules porteuses d’uranium à l’air pendant quatre semaines. Comme prévu, une partie des cristaux d’uraninite s’est réoxydée vers des formes d’uranium plus mobiles. Cependant, les particules mixtes fer‑uranium et l’état intermédiaire de l’uranium sont restés étonnamment stables, et dans les échantillons oxydés cet état intermédiaire est même devenu la forme dominante. Cela suggère que les minéraux fer‑uranium fabriqués par l’activité microbienne peuvent agir comme un tampon : même si une partie de l’uranium le plus réduit est ré‑oxydée, une grande partie reste piégée dans un état intermédiaire moins mobile au lieu de retourner complètement dans l’eau.

Ce que cela signifie pour l’assainissement des anciennes mines

Pour les non‑spécialistes, le message clé est que l’action simple de nourrir les microbes présents dans l’eau de mine avec un sous‑produit bon marché peut déclencher une cascade de processus naturels qui enferment l’uranium dans de petits solides stables. Surtout, l’étude montre que l’uranium ne passe pas simplement d’un état mobile à un état immobile, mais peut s’établir dans un intermédiaire étonnamment persistant qui empêche toujours sa dispersion. En révélant comment les communautés microbiennes, les minéraux de fer et l’uranium interagissent sur plusieurs mois dans des conditions réalistes d’eau de mine, ce travail ouvre la voie à des stratégies plus durables pour gérer les sites contaminés et peut contribuer à raccourcir la durée pendant laquelle un traitement actif coûteux de l’eau est nécessaire.

Citation: Newman-Portela, A.M., Kvashnina, K.O., Bazarkina, E.F. et al. Pentavalent and tetravalent uranium formation via glycerol-stimulated bacteria in mine water. Nat Commun 17, 4030 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72560-z

Mots-clés: bioremédiation de l’uranium, eau de mine, réduction microbienne des métaux, stimulation au glycérol, assainissement des radionucléides environnementaux