Letteratura scientifica selezionata sul tema "Minéraux – Détérioration"

L’image de l’élevage et des produits alimentaires d’origine animale n’a cessé de se dégrader suite aux crises sanitaires successives, aux problèmes de pollution, et plus récemment à la dénonciation de pratiques d’élevage et d’abattage ne respectant pas le bien-être animal. En réponse à cette détérioration d’image, des modes de consommation « alternatifs » se développent, allant du flexitarisme au végétalisme. Il faut cependant rappeler que sur le plan nutritionnel, en raison de la qualité de leur apport en protéines et minéraux (calcium, fer, zinc), et de leur spécificité dans l’apport en vitamine B12 et en acides gras polyinsaturés à longue chaine, la présence de produits animaux dans l’alimentation garantit une couverture optimale des besoins de notre organisme. Bien que souvent attaqués sur le plan de la santé, il faut également rappeler que les études épidémiologiques ne mettent pas en évidence d’effet négatif de leur consommation lorsque celle-ci est modérée (moins de 50 % de l’apport protéique journalier, moins de 500 g de viande rouge par semaine). Il est clair cependant que dans les pays occidentaux, une consommation excessive de produits animaux a pu déséquilibrer l’alimentation et favoriser l’émergence de pathologies non transmissibles. Aussi, pour les gros consommateurs de produits animaux, une réduction de consommation s’impose. Celle-ci entrainerait une importante réduction (– 30 %) de l’impact environnemental des productions animales. Un élevage respectueux des animaux, minimisant les émissions de gaz à effet de serre et les rejets azotés et maximisant l’utilisation de produits végétaux non consommables par l’Homme, associé à une consommation humaine raisonnable, garantira le maintien des produits animaux dans l’alimentation de demain.

Le Kerysten® est un liant à base de sulfate de calcium produit par calcination flash. Il possède la particularité d’être un mélange d’anhydrite γ (CaSO4) et d’hémihydrate (CaSO4. 0,5H2O) qui semblent se répartir dans un grain complexe qui confère au Kerysten® plusieurs états métastables et stables. L’étude de la prise du Kerysten® a montré qu’il possède une réactivité différente de celle d’un plâtre β commercial et des propriétés mécaniques supérieures, à taux de gâchage équivalent. Ces propriétés sont apportées par le grain complexe du Kerysten®. L’étude d’un mélange à base de 70% de Kerysten® et de 30% de ciment Portland a montré l’existence d’interactions au moment de la prise du liant composite. La prise du gypse est très rapide. L‘obtention d’un squelette de gypse ralentit l’hydratation des phases cimentaires dans le mélange. La précipitation de ces phases se fait alors dans les pores du mélange. Dans ce matériau, le Kerysten® apporte une bonne dureté au matériau aux très jeunes âges tandis que le ciment Portland fournit des résistances mécaniques relativement importantes. Nous avons observé les mêmes phénomènes lorsque nous avons réalisé des mortiers de mélanges avec des proportions de Kerysten® comprises entre 50% et 98%. En particulier, les formulations contenant des proportions en Kerysten® comprises entre 80% et 95% ont des résistances mécaniques, au moins, égales à celles du mortier contenant 100% de ciment Portland. La durabilité du mélange à base de 70% de Kerysten® et de 30% de ciment Portland a été testée dans des solutions d’acide chlorhydrique, d’acide sulfurique, de sulfate d’ammonium et d’eau. Ces attaques chimiques provoquent une dissolution importante de l’hydroxyde de calcium et des sulfates de calcium présents dans ces liants. Elles ont aussi engendré la formation de précipités pouvant contenir du carbonate de calcium ou du gypse associés à des silicates de calcium et des aluminates de calcium. Ces dégradations ont entrainé une chute importante des résistances en flexion 3 points des éprouvettes, mais les résistances en compression restent bonnes ainsi que les duretés. L’ajout de 30% de ciment Portland dans le Kerysten® permet d’améliorer la résistance du mélange face aux agressions chimiques. Cela permet aussi de tirer parti des avantages de chaque constituant du mélange pour résister à ces agressions
Kerysten® is a calcium sulfate binder product by “flash calcination”. The binder is originally made of γ-anhydrite (CaSO4) and hemihydrate (CaSO4. 0,5H2O). These two phases form a complex grain which leads to one stable state and two metastable states. To compare the settings of the Kerysten® and a plaster of Paris, we have synthesized both materials with the same quantity of water and the same quantity of retarding admixture. The Kerysten® reacts faster with water than the plaster of Paris. The mechanical properties of the Kerysten® are more important than these of the plaster of Paris. These differences are due to the complex grains of the Kerysten®. We have hydrated a mixture of 70% of Kerysten® and 30% of Portland cement. During the setting, gypsum skeleton has been formed first. This phase has delayed the hydration of the cementitious phases which have precipitated into the porous system. In this material, Kerysten® improves the hardness of the material at early stage and cementitious precipitates improve mechanical strengths. We have studied mortars made with different ratios of Kerysten® and Portland cement. Mortars with small quantities of Portland cement between 5% and 20% have mechanical strengths as important as these of a 100% Portland cement mortar. Prismatic specimens have been made of the mixture of 70% of Kerysten® and 30% of Portland cement. Their durability has been studied under different conditions of chemical attacks: prismatic specimens have been dept in water, in chloride acid, in sulfuric acid and in ammonia sulfate acid for a period of 92 days. Attacks have provoked an important dissolution of calcium hydroxide and calcium sulfate of the materials. Then, calcium carbonate and gypsum have precipitated in the solution. The precipitates contained also cimentitious phases fallen from the porous system. The degradations have caused a strong decrease of the 3-points flexural strengths, whereas the compressive strengths and the hardness have less decreased. An addition of 30% of Portland cement in the Kerysten® improves the chemical resistant of the material. Thanks to Kerysten®, cimentitious phases have been less dissolved. Thanks to Portland cement, strengths stayed good

Dans les régions tempérées, les minéraux et les roches représentent la source principale de cations nutritifs des sols des écosystèmes à faible intrants telles que les forêts. Dans de tels environnements pauvres en nutriments, l’accès et le recyclage des cations nutritifs sont des processus clés pour la croissance et la productivité des arbres. Cependant, ces cations nutritifs ne sont pas directement accessibles aux racines des arbres car piégés dans les minéraux et roches des sols. En conséquence, le processus d’altération des minéraux joue un rôle essentiel car il contribue à restaurer la fertilité des sols et à fournir des nutriments inorganiques nécessaires à la croissance des arbres. L’altération des minéraux peut être dûe à des processus abiotiques (pH, érosion…) ou des processus biotiques (plantes, champignons, bactéries…). Parmi les acteurs biotiques, les bactéries sont capables d’altérer les minéraux par différents mécanismes comme la production de protons (acidolyse) ou la production de molécules chélatrices (complexolyse). Néanmoins, les gènes et protéines impliqués dans l’altération des minéraux par les bactéries sont mal connus. Dans le cadre de cette thèse, la souche bactérienne Collimonas pratensis PMB3(1) a été utilisée comme modèle pour identifier les gènes de l’altération. Cette souche a été isolée de la mycorhizosphère du chêne et est particulièrement efficace pour altérer les minéraux. Dans cette thèse l’analyse du génome de la souche PMB3(1) a mis en évidence l’absence certains gènes décrits dans l’altération (comme les glucose déshydrogénases PQQ dépendantes) et a souligné la nécessité de développer deux approches complémentaires : avec et sans a priori. (i) La démarche sans a priori a été développée via la création d’une banque de mutants aléatoires. Le criblage de cette banque de mutants sur des biotests mimant l’altération des minéraux a permis de sélectionner 3 mutants impactés dans leur capacité à altérer les minéraux. La caractérisation de ces mutants a révélé des mutations dans différents gènes impliqués dans la synthèse d’une glucose/méthanol/choline oxidoréductase (GMC). La comparaison de composés chimiques présents dans le surnageant de la souche sauvage et des mutants a révélé que cette GMC était responsable de la métabolisation du glucose en gluconate et de la production de protons, conduisant à une acidification du milieu et à une acidolyse des minéraux. (ii) La démarche avec a priori a été réalisée par la création d’un mutant ciblé au niveau du gène mbaA codant pour un NRPS (Non-Ribosomal Peptide Synthetase) responsable de la synthèse de sidérophore. L’utilisation conjointe de méthodes de chromatographie et de spectrométrie de masse a permis de caractériser chimiquement ce sidérophore, qui a été identifié comme étant une malléobactine. La comparaison de la souche sauvage et du mutant a révélé que la production de la malléobactine est impliquée dans l’altération de l’hématite par complexolyse et ce dans un milieu avec un fort pouvoir tampon. Les tests d’altération réalisés avec différents types de minéraux en présence de deux sources de carbones (glucose ou mannitol) et deux milieux ayant un pouvoir tampon différent ont révélé que la souche PMB3(1) était efficace pour altérer tous les minéraux testés. De plus, la source de carbone et le tampon du milieu avaient une forte influence sur l’efficacité des agents altérants. Enfin, des résultats préliminaires ont été obtenus sur la régulation des gènes et protéines en fonction de la disponibilité en nutriments inorganiques et de la présence du minéral par des techniques de transcriptomique et protéomique. Pour conclure, cette thèse a permis de (i) découvrir de nouveaux gènes liés à l’altération des minéraux par les bactéries, (ii) mettre en évidence l’influence des facteurs environnementaux dans l’efficacité des mécanismes d’altération utilisés par les bactéries
In temperate regions, minerals and rocks represent one of the main sources of nutritive cations in the soil of low-input ecosystems such as forests. In such nutrient-poor and non-amended environments, the access and the recycling of nutritive cations are key processes for tree growth and productivity. However, these nutritive cations are almost inaccessible to the tree roots as they are entrapped into organic matter or into soil minerals and rocks. Consequently, the mineral weathering process is essential, as it allows the restauration of soil fertility and provides the inorganic nutrients for tree growth. Mineral weathering can be attributed to abiotic (temperature, pH, erosion…) or biotic (plants, fungi, bacteria…) processes. Among the biotic processes, bacteria are able to weather minerals by different mechanisms such as the production of protons (acidolysis) or the production of chelating molecules (complexolysis). However, genes and proteins involved in mineral weathering by bacteria are not yet elucidated. As part of this thesis, a bacterial Collimonas pratensis strain PMB3(1) was used as a model to identify genes involved in mineral weathering. This strain was isolated from oak mycorrhizosphere and is efficient in weathering minerals. In this thesis, the analysis of the genome of the strain PMB3(1) evidenced the absence of certain genes described in mineral weathering (such as PQQ-dependent glucose dehydrogenases) and highlighted the need to develop two complementary approaches: with and without a priori. (i) The without a priori approach, has been developed with the building of a mutant library with the insertion of a plasposon pOT-182. The screening of this mutant library on biotests miming mineral weathering allowed the selection of three mutants impacted in their mineral weathering ability. The characterisation of these mutants revealed mutations in different genes involved in a glucose/methanol/choline oxidoreductase (GMC) synthesis. Comparisons between wild type and mutants chemical compounds in the culture supernatants showed that this GMC was able to converts glucose to gluconate and produce protons, leading to the acidification of the medium and minerals acidolysis. (ii) The with a priori approach was the building of a mbaA mutant coding for a NRPS (non-ribosomal peptide synthetase) responsible of siderophore biosynthesis. The combined use of chromatography (HPLC) and mass spectrometry (LC-ESI-MS and MS/MS) methods allowed to chemically characterize the siderophore as malleobactin X. Comparisons between wild ype and mbaA mutant strains revealed that the production of malleobactin was involved in mineral weathering by complexolysis in a strong buffered medium. Weathering tests performed with different mineral types in presence of two carbon sources (glucose or mannitol) and two media with different buffering capacities showed that the strain PMB3(1) was efficient to weather all tested minerals and that weathering molecules (GMC and malleobactin) had a similar effect whatever the mineral type. Furthermore, the carbon source and the buffering capacity had a strong influence on weathering molecules efficiency. Finally, preliminary results have been obtained on the regulation of genes and proteins according to inorganic nutrients availability and the presence of minerals by transcriptomic and proteomic technics. To conclude, this thesis (i) allowed the discovery of new genes involved in mineral weathering by bacteria, (ii) evidenced the influence of environmental factors in efficiency of molecular mechanisms involved in mineral weathering and used by bacteria

Les phénomènes d'altération microbienne ont été étudiés dans 5 sols tropicaux hydromorphes représentatifs de deux toposéquences. Les résultats montrent le rôle fondamental des processus de réduction bactérienne du fer, dans lesquels les activités bactériennes assurent un couplage biodégradation des matières organiques (MO)-réduction/dissolution des formes oxydées du fer. Les activités bactériennes ferri-réductrices sont significatives et importantes dans les sols de pente et en aval (à un degré moindre). En conditions engorgées, les communautés bactériennes autochtones se développent en utilisant les MO des sols comme source de carbone et d'énergie et les transforment en biomasse et composés organiques solubles. Le fer ferrique est utilisé comme accepteur d'électrons, ce qui aboutit à sa réduction en fer ferreux soluble, pouvant être exporté dans les eaux de drainage. Ce processus d'altération apparaît comme un phénomène majeur de l'évolution des sols tropicaux, dans lesquels le fer assure un rôle important de ciment de la structure, pouvant induire une dégradation irréversible des sols le long d'une toposéquence
Microbial weathering phenomenons have been studied in 5 tropical waterlogged soils representing two sequences. The results show the fundamental role of the bacterial iron-reducing processes, where the bacterial activities coupled the biodegradation of organic matter and the reduction-dissolution of oxidised forms of iron. The bacterial ferri-reducing activities are significant and strong in the soils of the slopes and near the swamp (at a minor degree). In waterlogged conditions, the autochthonous bacterial communities grow by using the soil organic matter as carbon and energy sources, and transform them into bacterial biomass and soluble organic compounds. The ferric iron is used as electron acceptor, going to its reduction under the soluble ferrous form, that can be exported in the drainage waters. This weathering process appears to be a major phenomenon of the tropical soil evolution, in which iron plays an important role as cement of the structure, and can induce a non reversible degradation of the soil

De par l'étendue de leur répartition géographique et la facilité de leur extraction, les molasses d'âge miocène du bassin rhodanien ont été largement exploitées par l'homme comme pierre de construction depuis le début de l'ère chrétienne. Le patrimoine bâti provençal érigé à l'aide de ce matériau, connu sous le nom de " Pierre du Midi ", et exposé aux intempéries depuis plus de cinq cents ans présente cependant un certain nombre de morphologies de dégradations. Parmi ces dégradations, la desquamation en plaques a la particularité de se développer en dehors des zones de remontées capillaires ainsi qu'en l'absence de sels solubles, de sollicitation mécanique, de pollution atmosphérique ou de colonisation biologique. Ce phénomène est donc induit par les propriétés intrinsèques du matériau et son comportement vis-à-vis des conditions environnementales. L'objectif de ce travail de recherche est d'établir le rôle joué par les minéraux argileux dans ce phénomène de dégradation spécifique. Une étude de terrain a pu mettre en exergue que le degré de desquamation en plaques observable sur des monuments de périodes de construction équivalentes est variable suivant l'origine des assises. A l'issue de cette reconnaissance, neuf échantillons représentatifs de la variabilité du degré de desquamation en plaques ont été prélevés en carrières. Une étude conventionnelle sur les caractéristiques pétrographiques et la composition minéralogique de ces types de " Pierre du Midi " a tout d'abord été conduite. Par la suite, une définition précise du cortège de minéraux argileux a été menée par le biais d'une approche méthodologique originale. Cette dernière combine la caractérisation cristallochimique au MET-EDS à la simulation des raies 00ℓ de diffraction des rayons X. Cette méthode a permis de déterminer les quantités de chacune des phases de phyllosilicate composant les différents cortèges. Le lien entre la quantité de feuillets de phyllosilicates expansifs et le degré de desquamation en plaques a pu, de ce fait, être mis en évidence. Après avoir déterminé les propriétés de stockage et de transfert des fluides des différents types de pierre, leur comportement hydromécanique a été évalué. L'ensemble de ces propriétés pétrophysiques a permis de mettre en relief la forte hétérogénéité du matériau à l'étude. Les indices de durabilité calculés à partir de ces résultats manquent cependant de pertinence quant à la prédiction du phénomène de desquamation en plaques. Après une analyse statistique (ACP) des données expérimentales, la meilleure interprétation suggère que ce phénomène soit déclenché par l'interaction entre les feuillets de phyllosilicates expansifs et les molécules d'eau. Cette interaction se manifeste par le comportement hydromécanique des pierres qui entraîne leur dégradation. Ce dernier est largement contrôlé par les propriétés physiques de stockage et de transfert des fluides qui conditionnent l'accommodation des déformations au niveau macroscopique.

Le couplage bentho-pélagique intervient de manière prépondérante dans un système tel que celui de la Manche Orientale, caractérisé par un forçage hydrodynamique important. Le domaine intertidal est soumis à une succession d'évènements de dépôts de matière organique dont le recyclage peut venir soutenir la production primaire pélagique. La quantification des échanges d'oxygène et de sels nutritifs à l'interface eau-sédiment pennet d'estimer la dégradation de cette matière organique. Dans cette perspective, les échanges de composés dissous à l'interface eau-sédiment (O2, NH4+, NO3-, NO2-, PO4 3- et Si(OH)4) ont été mesurés sur quatre sites représentatifs des sédiments meubles intertidaux de la Manche Orientale. L'efflorescence printanière de Phaeocystis sp. Conduit à un apport de matière organique et à une intensification des processus de minéralisation. Les sédiments sableux perméables apparaissent comme des zones de recyclage non négligeables. De plus un suivi à haute fréquence a été initié sur l'estran sableux de Wimereux sur une durée de deux ans. Ce suivi pluriannuel a pennis de confirmer la réactivité de ces types sédimentaires aux apports de matière organique et de quantifier leur importance dans l'écosystème côtier. La variabilité des processus biogéochimiques a également été investiguée à l'échelle du cycle de marée, en se focalisant d'abord sur la dynamique de l'oxygène dissous dans les sédiments superficiels puis en s'intéressant au comportement de stocks sédimentaires de composés dissous (ammonium, phosphates et silicates) lors du cycle de marée. Ces travaux mettent en évidence une forte variabilité des processus biogéochimiques à cette échelle.

L’altération des roches silicatées constitue le dénominateur commun d’une multitude de problématiques environnementales et sociétales. Du fait de la difficulté d’extrapoler au milieu naturel les cinétiques de dissolution des minéraux mesurées in vitro, cette thèse propose de réviser en profondeur l’approche actuelle de la réactivité minérale du laboratoire au terrain. Ce travail démontre que l’évolution intrinsèque des propriétés texturales et structurales de l’interface réactive au cours de la dissolution induit des variations de vitesse qui ne peuvent être expliquées dans le cadre des théories thermocinétiques classiques. Nous proposons une nouvelle méthode permettant de sonder la réactivité biogéochimique des minéraux sur le terrain et de révéler les interactions réciproques entre le minéral et le monde microbien au sein de la minéralosphère. Nous démontrons la pertinence des phénomènes de passivation pour l’altération de surface et l’incapacité des microorganismes à les surmonter
Chemical weathering of silicate minerals is central to numerous environmental and societal challenges. This study addresses the long-standing question of the inconsistency between field and laboratory estimates of dissolution kinetics, by revisiting current approaches of mineral reactivity. It is demonstrated that evolution of feldspar reaction rates are inaccurately describedby current kinetics rate laws, due to textural and structural changes occurring at the fluid-mineral interface over the course of the dissolution process. A novel method is developed to enable probing biogeochemical weathering rates in the field. Bacterial and fungal metagenomic data reveal that subtle reciprocal relationships are established between microorganisms and mineral substrates within the mineralosphere. This thesis emphasizes the impact of passivation phenomena on dissolution rates, under field-relevant reacting conditions and the incapacity of microorganisms to overcome the passivation barrier

Depuis les débuts de l’agriculture, un des grands défis des systèmes agricoles a été d’assurer l’équilibre alimentaire de populations en expansion constante, quels que soient les moyens de production et les retombées nuisibles pour l’environnement. Cette surexploitation des ressources naturelles a entraîné une diminution de la qualité et de la fertilité des sols de culture. Ainsi, pour contrer l’épuisement d’éléments nutritifs et la détérioration de la structure du sol, des apports d’éléments minéraux et matières organiques se révélaient nécessaires. L’utilisation importante des engrais minéraux au cours du XXe siècle a laissé place aujourd’hui à l’emploi de matières fertilisantes d’origine résiduaire (Mafor), majoritairement des fumiers d’élevage. Bien que l’incorporation de ces fertilisants ait contribué au développement des cultures, en améliorant notablement le rendement et la qualité de la production, l’usage excessif d’engrais a eu comme conséquence la dégradation et la contamination des sols et des eaux. Dès 2012, une réflexion a été engagée en France sur une utilisation raisonnée des Mafor en agriculture, nourrie par une expertise scientifique collective sur ses effets agronomiques et environnementaux, et sur les contraintes économiques et sociales qui en découlent. Cette problématique n’est pas nouvelle. Les indices archéologiques montrent que la préoccupation de corriger les déséquilibres nutritionnels du sol remonte à des époques très anciennes. Les traces de pratiques d’amendement des parcelles cultivées sont déjà perceptibles pour des champs fossiles du Néolithique moyen. Diverses méthodologies ont été utilisées pour identifier l’apport de fumier dès les débuts de l’agriculture et durant les millénaires suivants : tessons erratiques de céramique, analyse de biomarqueurs d’anciens sols arables, identification de signatures de matières fécales dans les sols. Plus particulièrement, au sein des disciplines de l’archéobotanique (étude des restes archéologiques de plantes) ont été mises en oeuvre différentes techniques pour identifier des indices probants des stratégies développées par les agriculteurs du passé pour faire front au défi du maintien et de la bonification des sols.