Amélioration du bio-lixiviation de l’uranium en milieux saumâtres via un consortium microbien avec modélisation et optimisation basées sur la RSM

Pourquoi l’eau salée et de petits partenaires comptent

À mesure que les gisements d’uranium de haute qualité se raréfient et que l’eau douce devient plus rare, les sociétés minières recherchent des méthodes plus propres et moins coûteuses pour extraire ce combustible clé pour l’énergie nucléaire. Une approche prometteuse consiste à laisser les microbes faire le travail : certaines bactéries peuvent dissoudre lentement les métaux des roches par un procédé appelé bio-lixiviation. Mais il y a un obstacle — ces microbes n’aiment généralement pas l’eau salée ou saumâtre, qui est souvent la seule eau disponible dans les régions minières arides. Cette étude explore une solution astucieuse : associer une bactérie tolérante au sel à une levure afin qu’elles extraient conjointement l’uranium d’un minerai de faible teneur en conditions saumâtres.

Laisser les microbes exploiter la roche

Plutôt que d’utiliser des températures élevées ou des produits chimiques agressifs, la bio-lixiviation repose sur des micro-organismes qui tirent de l’énergie en transformant le fer et le soufre contenus dans le minerai. Ce faisant, ils créent un milieu acide et oxydant qui transforme les minéraux d’uranium solides en formes dissoutes récupérables en solution. Les chercheurs ont travaillé avec un minerai d’uranium de faible teneur provenant du centre de l’Iran et ont cultivé une bactérie halotolérante, Acidithiobacillus ferrooxidans souche THA4, dans un milieu de laboratoire contenant des quantités contrôlées de sel, de minerai concassé et d’air. En mesurant soigneusement la quantité d’uranium retrouvée dans le liquide selon différentes conditions, ils ont pu évaluer l’efficacité avec laquelle les microbes « exploitaient » la roche.

Tester l’eau saumâtre et la charge en minerai

Une question clé était de savoir quelle quantité de sel et de matière solide les bactéries pouvaient supporter avant que leurs performances ne déclinent. En utilisant une approche statistique appelée méthodologie de surface de réponse, l’équipe a fait varier le niveau de sel, la concentration en minerai (densité de pâte), le temps de contact et la quantité initiale de bactéries au travers de dizaines d’expériences. Ils ont constaté que des niveaux de sel plus élevés et une plus grande quantité de minerai réduisaient tous deux le rendement en uranium : le sel soumettait les microbes à un stress osmotique, tandis que des suspensions denses limitaient l’oxygène et rendaient plus difficile l’accès des cellules aux surfaces minérales. Prolonger le temps de lixiviation aidait jusqu’à environ dix jours, laissant aux bactéries le temps de croître et de produire des agents oxydants, mais au-delà les performances déclinaient probablement parce que les nutriments s’épuisaient et que les produits de déchet s’accumulaient.

Ajouter un partenaire pour des conditions difficiles

Pour améliorer l’extraction en eau saumâtre, les chercheurs ont introduit un second microbe : la levure Rhodotorula toruloides souche IR-1395, qui tolère l’acidité et le sel. Plutôt que de rivaliser, les deux espèces jouent des rôles complémentaires. La bactérie se nourrit de fer et de soufre inorganiques et dépend du dioxyde de carbone, tandis que la levure utilise de la matière organique et libère du dioxyde de carbone dans le liquide. Lorsque les deux étaient présentes à des doses soigneusement choisies, le système est devenu plus robuste. La combinaison optimisée de bactéries et de levures a augmenté le rendement en uranium d’environ 24 % par rapport à la bactérie seule dans des conditions salines similaires, et la solution est devenue plus oxydante et plus acide — deux caractéristiques favorables à la dissolution de l’uranium.

Observer les microbes construire des communautés minières

L’équipe a également utilisé la microscopie électronique à balayage couplée à l’analyse élémentaire pour observer directement comment les organismes colonisaient le minerai. En quelques jours, ils ont observé des cellules bactériennes individuelles s’attachant aux grains minéraux. Après 16 jours, les échantillons contenant à la fois la bactérie et la levure montraient des couches microbiennes denses — des biofilms — recouvrant la roche, ainsi que des croûtes minérales comme la jarosite à la surface. Ces biofilms aident à maintenir les cellules en contact étroit avec le minerai, où elles peuvent produire en continu des substances qui attaquent le minéral et maintiennent le mouvement de l’uranium en solution. Les preuves visuelles soutenaient les mesures : le consortium non seulement survivait mais modifiait activement la surface de la roche en environnement salé.

Ce que cela signifie pour la récupération future de l’uranium

Dans l’ensemble, l’étude montre qu’un partenariat conçu avec soin entre différents microbes peut surmonter l’un des principaux obstacles de la bio-lixiviation : la sensibilité au sel. En associant une bactérie tolérante au sel à une levure compatible et en utilisant des outils statistiques pour ajuster finement le niveau de sel, la charge en minerai, les doses microbiennes et le temps, les chercheurs ont créé un système efficace de lixiviation de l’uranium qui fonctionne en eau saumâtre et sur des minerais de faible teneur. Pour le grand public, la conclusion est que de petits organismes peuvent agir comme des mineurs respectueux de l’environnement, et que les associer de la bonne manière peut aider à récupérer des métaux précieux là où l’eau propre et les minerais riches ne sont plus disponibles.

Citation: Shoja, M., Mohammadi, P., Tajer-Mohammad-Ghazvini, P. et al. Improved uranium bioleaching in brackish environments via microbial consortium using RSM based modelling and optimization. Sci Rep 16, 9697 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39700-3

Mots-clés: bio-lixiviation, extraction d’uranium, eau salée, consortia microbiens, biominage