Gels de silice hybrides dopés en particules colloïdales de smectites pour l'étude des interactions bactérie/silicate

This work deals with the study of bacteria/silicate interactions by using new hybrid materials, i.e. hybrid silica gel dopped with colloidal smectite particles (HSG). The aims are (1) to characterize HSG physicochemical properties and (2) to get a better knowledge about mineral/bacteria interactions. In a first part of the thesis, it is shown that HSG is a fractal silica network containing well-dispersed mineral particles. Hydrothermal treatment is necessary to stabilize the HSG structure. In the second part, it is shown that diffusion of organic acids and siderophores is sufficient to explain the high efficiency of bacterial action compared to abiotic treatments. Preventing bacterial adhesion or biofilm formation at the mineral surface permits to enhance the influence of metabolites diffusion. To conclude, the advantages and limits of using HSG in environmental studies are discussedCe travail concerne l'étude des interactions bactéries /silicates grâce à de nouveaux matériaux ou gels de silice hybrides dopés en particules colloïdales de smectites (GSH). Les deux objectifs principaux sont la caractérisation physicochimique des GSH et l'amélioration des connaissances sur les mécanismes de l'altération minérale grâce aux GSH. Dans le premier volet de la thèse, nous avons ainsi pu mettre en évidence que le gel est constitué d'une matrice siliceuse particulaire de nature fractale dans laquelle les particules minérales sont dispersées. La structure des GSH est stabilisée par le traitement hydrothermal choisi (type autoclave). Dans le second volet de la thèse, l'altération minérale est étudiée pour des GSH à concentration variable en particules minérales, à teneur élevée (NAu-2) ou basse (SWy-2) en fer. Il est ainsi montré que la diffusion des acides organiques et des sidérophores dans le GSH, hors adhésion ou formation d'un biofilm en surface des minéraux, est suffisante pour altérer efficacement les particules minérales. La mise en évidence de gradients de protons locaux produits par la bactérie en interaction avec les GSH peut également expliquer l'efficacité biotique de la dissolution minérale par rapport à des conditions abiotiques. En conclusion, les points forts et les limites de l'utilisation d'un matériau hybride type GSH pour cibler les interactions minéral/microorganismes sont discuté

Hybrid silica gels doped with colloïdal smectite particles to study bacteria/silicate interactions

Ce travail concerne l'étude des interactions bactéries /silicates grâce à de nouveaux matériaux ou gels de silice hybrides dopés en particules colloïdales de smectites (GSH). Les deux objectifs principaux sont la caractérisation physicochimique des GSH et l'amélioration des connaissances sur les mécanismes de l'altération minérale grâce aux GSH. Dans le premier volet de la thèse, nous avons ainsi pu mettre en évidence que le gel est constitué d'une matrice siliceuse particulaire de nature fractale dans laquelle les particules minérales sont dispersées. La structure des GSH est stabilisée par le traitement hydrothermal choisi (type autoclave). Dans le second volet de la thèse, l'altération minérale est étudiée pour des GSH à concentration variable en particules minérales, à teneur élevée (NAu-2) ou basse (SWy-2) en fer. Il est ainsi montré que la diffusion des acides organiques et des sidérophores dans le GSH, hors adhésion ou formation d'un biofilm en surface des minéraux, est suffisante pour altérer efficacement les particules minérales. La mise en évidence de gradients de protons locaux produits par la bactérie en interaction avec les GSH peut également expliquer l'efficacité biotique de la dissolution minérale par rapport à des conditions abiotiques. En conclusion, les points forts et les limites de l'utilisation d'un matériau hybride type GSH pour cibler les interactions minéral/microorganismes sont discutésThis work deals with the study of bacteria/silicate interactions by using new hybrid materials, i.e. hybrid silica gel dopped with colloidal smectite particles (HSG). The aims are (1) to characterize HSG physicochemical properties and (2) to get a better knowledge about mineral/bacteria interactions. In a first part of the thesis, it is shown that HSG is a fractal silica network containing well-dispersed mineral particles. Hydrothermal treatment is necessary to stabilize the HSG structure. In the second part, it is shown that diffusion of organic acids and siderophores is sufficient to explain the high efficiency of bacterial action compared to abiotic treatments. Preventing bacterial adhesion or biofilm formation at the mineral surface permits to enhance the influence of metabolites diffusion. To conclude, the advantages and limits of using HSG in environmental studies are discusse

Gels de silice hybrides dopés en particules colloïdales de smectites pour l'étude des interactions bactérie/silicate

Ce travail concerne l'étude des interactions bactéries /silicates grâce à de nouveaux matériaux ou gels de silice hybrides dopés en particules colloïdales de smectites (GSH). Les deux objectifs principaux sont la caractérisation physicochimique des GSH et l'amélioration des connaissances sur les mécanismes de l'altération minérale grâce aux GSH. Dans le premier volet de la thèse, nous avons ainsi pu mettre en évidence que le gel est constitué d'une matrice siliceuse particulaire de nature fractale dans laquelle les particules minérales sont dispersées. La structure des GSH est stabilisée par le traitement hydrothermal choisi (type autoclave). Dans le second volet de la thèse, l'altération minérale est étudiée pour des GSH à concentration variable en particules minérales, à teneur élevée (NAu-2) ou basse (SWy-2) en fer. Il est ainsi montré que la diffusion des acides organiques et des sidérophores dans le GSH, hors adhésion ou formation d'un biofilm en surface des minéraux, est suffisante pour altérer efficacement les particules minérales. La mise en évidence de gradients de protons locaux produits par la bactérie en interaction avec les GSH peut également expliquer l'efficacité biotique de la dissolution minérale par rapport à des conditions abiotiques. En conclusion, les points forts et les limites de l'utilisation d'un matériau hybride type GSH pour cibler les interactions minéral/microorganismes sont discutésThis work deals with the study of bacteria/silicate interactions by using new hybrid materials, i.e. hybrid silica gel dopped with colloidal smectite particles (HSG). The aims are (1) to characterize HSG physicochemical properties and (2) to get a better knowledge about mineral/bacteria interactions. In a first part of the thesis, it is shown that HSG is a fractal silica network containing well-dispersed mineral particles. Hydrothermal treatment is necessary to stabilize the HSG structure. In the second part, it is shown that diffusion of organic acids and siderophores is sufficient to explain the high efficiency of bacterial action compared to abiotic treatments. Preventing bacterial adhesion or biofilm formation at the mineral surface permits to enhance the influence of metabolites diffusion. To conclude, the advantages and limits of using HSG in environmental studies are discussedMETZ-SCD (574632105) / SudocNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocNANCY2-Bibliotheque electronique (543959901) / SudocNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Water behavior in hybrid silica gels as studied by 1H nuclear magnetic resonance relaxometry. Evidence of two hydration layers

International audienceWater behavior in silica gels involving hydrophobic sites that have been substituted to hydrophilic sites has been approached by H-1 NMR relaxometry techniques. The latter method stems from the evolution of NMR longitudinal relaxation time T-1 as a function of the Larmor frequency (the NMR measurement frequency). T-1 measurements of the water protons have been carried out between 5 kHz and 10 MHz. This frequency range proved to be sufficient for detecting and characterizing two hydration layers although they exist in a very weak proportion (10(-5)-10(-6)). Self-diffusion coefficient of water in these two layers could be estimated. It turns out that only the first layer is influenced by hydrophobicity. (C) 2013 Elsevier Inc. All rights reserved

Water sorption in hybrid silica gels containing colloidal nontronite

International audienc

Local pH measurement at wet mineral-bacteria/air interface

International audienceScanning electrochemical microscopy (SECM) was used to measure local pH in the thin water film located at the mineral-Rahnella aquatilis RA1/air interface. The method allowed differentiating acidification kinetics in conditions of natural soils and sediments where water can form film around mineral. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved

Interactions of three soil bacteria species with phyllosilicate surfaces in hybrid silica gels

International audienceTo simulate iron consumption in soils, iron leaching from silicate minerals due to three heterotrophic bacterial strains and a chemical treatment was studied using hybrid silica gel (HSG) doped with two phyllosilicates, nontronite (NAu-2) or low-iron-content montmorillonite (SWy-2). HSG methodology, a novel way of separating bacteria cells from a colloidal mineral source, consisted in embedding colloidal mineral particles into an amorphous porous silica matrix using a classical sol-gel procedure. Pantoae agglomerans PA1 and Rahnella aquatilis RA1 were isolated from silicate-rich soils, that is, beech and wheat rhizospheres (Vosges, France); Burkholderia sp. G5 was selected from acidic and nutrient-poor podzol soils (Vosges, France). Fe release from clay minerals and production of bacterial metabolites, that is, low molecular weight organic acids (LMWOA) and siderophores, were monitored. Two LMWOA profiles were observed with major gluconate production (>9000M) for Burkholderia sp. G5 and moderate production of lactate, acetate, propionate, formate, oxalate, citrate, and succinate (<300M) for R.aquatilis RA1 and P.agglomerans PA1. HSG demonstrated its usefulness in revealing clay mineral-microorganisms interactions. The effect of bacterial exsudates was clearly separated from physical contact effect