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Projet SIMBBAC : "Signature moléculaire des biofilms impliqués dans la corrosion en contexte nucléaire"
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Durée du projet : 1 an – Projet DRF-Impulsion (CEA).

Le projet SIMBBAC dont le LAPA est le coordinateur s’inscrit dans l’axe biocorrosion du laboratoire. Son objectif est de mieux cerner les mécanismes de biocorrosion du fer.

Partenaires :

  • LAPA/NIMBE UMR 3685 CEA-CNRS
  • Laboratoire des Interactions Protéine Métal/BIAM UMR 7265 CNRS CEA Université Aix-Marseille
  • IPREM/Université de Pau et des Pays de l’Adour

Le contexte du projet est l’identification des mécanismes de biocorrosion des aciers utilisés dans le concept multi-barrières des colis de déchets nucléaires en milieu géologique profond et en particulier la détermination des souches bactériennes actives. L’identification des mécanismes de dégradation par les bactéries est un défi majeur pour comprendre la corrosion des aciers.

 

Dans ce milieu, une diversité bactérienne a été identifiée, composée notamment de bactéries oxydant le fer (Iron Oxidizing Bacteria - IOB) ou le réduisant (Iron Reducing Bacteria - IRB), oxydant le soufre (Sulfur Oxidizing Bacteria – SOB) ou le réduisant (Sulphate Reducing Bacteria – SRB). La vaste littérature dans le domaine de la corrosion des aciers montre que la présence de bactéries influe sur les vitesses de corrosion. Le LAPA a montré que les produits de corrosion formés en l’absence de bactéries représentatives du milieu argileux profond (IOB, IRB, SOB, SRB) sont des oxyhydroxydes de fer(III) tandis qu’en présence de bactéries, la contribution de ces phases diminue au profit de phases réduites du fer, comme la magnétite Fe3O4 ou des produits de corrosion du fer(II) comme la sidérite FeCO3. Ces changements de la nature des produits de corrosion lorsque les bactéries sont ajoutées, peuvent mettre en évidence l’impact de bactéries métabolisant le fer. Cependant les souches bactériennes réellement actives dans le mécanisme de corrosion du fer n’ont pas été identifiées, ni la nature de leur rôle dans ce processus. Ceci est dû au fait que les bactéries sont très localisées sur les surfaces corrodées : les méthodes moléculaires classiques d’analyse de la biodiversité sont globales et ainsi peu adaptées à l’analyse de l’activité de bactéries localisées de manière hétérogène sur les surfaces métalliques.

Pour une complète connaissance des mécanismes de biocorrosion des surfaces d’acier, il est indispensable d’identifier l’ensemble des constituants du système de corrosion : bactéries et produits de corrosion. L’enjeu du projet SIMBBAC est donc de développer une méthode diagnostique de l’action des souches bactériennes dans la corrosion du fer en contexte nucléaire. L’originalité de ce projet interdisciplinaire est la mise en œuvre de différentes techniques de spectroscopies vibrationnelles (Infra-Rouge, Raman) pour analyser à la fois la composante bactérienne et les produits de corrosion. Les signatures chimiques locales des bactéries dans le système de corrosion sont étudiées par spectroscopie IR en mode ATR, IR en transmission et en réflexion sur la ligne SMIS au Synchrotron Soleil, µRaman en mode SERS. Un des enjeux majeurs de ce projet est, par l’utilisation conjointe de ces spectroscopies vibrationnelles, d’une part identifier des signatures spectrales caractéristiques de chaque souche bactérienne et, d’autre part de parvenir à une identification locale des microorganismes sur des surfaces de fer biocorrodé.

Concernant le déroulement du projet, la signature spectrale sera recherchée sur chacune des souches bactériennes prise séparément dans son milieu de culture (IOB, IRB, SOB, SRB) puis mélangées, afin de suivre la signature spectrale de chaque souche et de voir s’il est possible de les discerner quand elles sont en mélange. Les premiers résultats obtenus en IR sur la ligne SMIS au synchrotron Soleil montrent que le protocole de préparation des bactéries pour l’analyse IR est concluant : un spectre IR typique de  bactéries est obtenu et toutes les bandes IR y sont représentées, sans aucune autre interférence. Le projet sera ensuite consacré à l’étude de coupons de fer biocorrodé, en présence de chaque souche et en présence du cocktail bactérien. La signature bactérienne obtenue sera mise en regard des informations obtenues sur la nature des produits de corrosion et la vitesse de corrosion de l’acier.

Cet outil de diagnostic par les techniques vibrationnelles permettra non seulement d’identifier les souches bactériennes actives dans la biocorrosion du fer mais aussi, par le suivi des groupements fonctionnels des bactéries, d’affiner la compréhension des mécanismes de biocorrosion du fer. Ce développement peut intéresser tous les domaines faisant intervenir la corrosion du fer en présence d’une biodiversité : industrie nucléaire et pétrolière, santé, agro-alimentaire, piles microbiennes.

 

Maj : 17/07/2018 (2875)

 

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