Association organo-minérale dans les sédiments et les sols : Formation - Organisation - Propriétés

Abstract

Dans la couche la plus superficielle de la planète Terre, les organismes vivants et les matières organiques qui en dérivent jouent un rôle fondamental dans la formation des phases minérales solides et conditionnent largement les propriétés des sédiments et sols. Les argiles et les carbonates, minéraux extrêmement répandus dans tous les milieux, vont permettre d'illustrer l'importance des associations organo-minérales, leurs caractères communs et leur diversité, et de présenter quelques approches pour décrire et caractériser ces matériaux complexes. Le formation et les propriétés de complexes organo-métalliques dans les sols seront également abordés. Les interactions entre les phases organiques et minérales sont multiples, ont lieu à différentes échelles spatiales et mettent en jeu des composants chimiquement très variés. La formation et les propriétés macroscopiques de telles associations résultent très généralement de processus et organisations aux échelles nanométrique à millimétrique. L'étude de l'organisation microstructurale des associations organo-minérales apparaît donc commune à des problématiques très variées. Organisation microstructurale : quelles méthodes ? La recherche de la localisation respective des composants organiques et minéraux dans les assemblages complexes peut aujourd'hui s'appuyer sur une instrumentation variée en microscopie, de l'échelle millimétrique à nanométrique. Les composants organiques visés peuvent être des microorganismes (champignons, algues, bactéries), des gels mucilagineux résultant de sécrétions extracellulaires (EPS) et de produits de dégradation des tissus et cellules, des macromolécules solubles souvent difficiles à visualiser. L'identification in situ de la nature biochimique des matières organiques est une difficulté récurrente. Les exemples présentés, microagrégats de sols, argiles, organo- et biominéraux carbonatés, illustrent les apports de telles méthodes et leurs limites. Formation des organo- et biominéraux carbonatés La matière organique intraminérale (matrice) résulte de l'assemblage, au cours du processus de précipitation du carbonate, de composés sélectionnés qui contrôlent la formation et la croissance des minéraux. Le parallélisme entre des carbonates précipités dans des mattes cyanobactériennes et les carbonates biogéniques qui constituent les tests des métazoaires (exemple de la nacre des huîtres perlières) peut être mise en évidence, tant en ce qui concerne les processus de leur genèse que leur organisation microstructurale. Les particularités biochimiques des MO impliquées permettent de distinguer des carbonates formés dans des environnements distincts. Propriétés des associations organo-minérales La formation des associations organo-minérales affecte les propriétés et le devenir des deux phases en présence. Ainsi, la stabilisation des matières organiques dans les sols et les sédiments, pour des durées pouvant excéder le siècle, serait largement due à leur association avec des minéraux : adsorption sur les argiles ou les oxydes limite leur biodisponibilité, localisation au sein d'édifices organo-minéraux limite leur accessibilité aux microorganismes. Les associations organo-minérales ont une réactivité physicochimique, vis-à-vis de polluants notamment, qui n'est pas décrite par des modèles simplement additifs