Des bactéries transforment l’uranium en un composé chimique stable

Le métal lourd radioactif uranium se trouve généralement dans le sol sous une forme liée aux minéraux, mais il peut être converti en formes solubles par les influences environnementales ou les activités minières. S’il pénètre dans l’environnement, cela pose un problème en raison de ses propriétés toxiques. Aujourd’hui, des chercheurs du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), en collaboration avec Wismut GmbH et des scientifiques espagnols de l’Université de Grenade, ont démontré pour la première fois que des bactéries peuvent convertir l’uranium dissous dans l’eau en un composé chimique stable lorsqu’elles ont accès au glycérol comme source de nourriture.

Dans ce processus, l’uranium adopte un état chimique qui n’était auparavant connu que comme un état transitoire. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-026-72560-z) et sont pertinents pour les futures recherches sur l’utilisation de bactéries pour la dépollution environnementale.

Les bactéries présentes dans l’environnement, dans le sol ou l’eau, jouent un rôle important dans les écosystèmes. Certaines d’entre elles se spécialisent dans la décomposition de substances nocives.

« Il existe des bactéries capables d’utiliser métaboliquement le métal lourd, l’uranium, qui est toxique pour l’homme », explique la Dre Evelyn Krawczyk-Bärsch, scientifique du groupe de recherche en microbiologie terrestre du HZDR et co-auteure de l’étude. « Les investigations de notre groupe avaient déjà révélé que les bactéries peuvent utiliser l’uranium dissous dans l’eau pour leur métabolisme lorsqu’elles ont accès au glycérol comme source de nourriture. »

Le glycérol est un composant de base des graisses végétales et animales. Dans la nature, il se forme par exemple lorsque le bois est décomposé par des champignons. Mais dans quelle mesure les bactéries peuvent-elles réduire la quantité d’uranium dissous dans l’eau ? Et sous quelles formes chimiques l’uranium libre est-il converti par les processus métaboliques bactériens ? Telles étaient les questions abordées par les chercheurs dans la nouvelle étude.

L’uranium dans les parois cellulaires

Pour leurs expériences, ils ont utilisé de l’eau de mine provenant d’une mine d’uranium inondée dans les Monts Métallifères, appartenant à Wismut GmbH. Dans des expériences en laboratoire menées dans un environnement sans oxygène, l’équipe de recherche a ajouté une quantité spécifique de glycérol aux échantillons d’eau.

« Nous voulions créer des conditions naturelles pour la communauté bactérienne déjà présente dans l’eau de mine, car à une profondeur d’environ 2 000 mètres, il y a généralement peu ou pas d’oxygène dans la mine », ajoute le Dr Antonio M. Newman-Portela, ancien doctorant au HZDR et au Département de microbiologie de l’Université de Grenade (Espagne), et auteur principal de l’étude. Dans des conditions favorables à la croissance bactérienne, les bactéries ont accepté le glycérol comme source de nourriture.

« Après 130 jours, seulement environ cinq pour cent de l’uranium dissous dans l’eau restait dans les échantillons », déclare Newman-Portela. « Nous avons supposé que les bactéries avaient incorporé l’uranium dans leurs parois cellulaires. Nous connaissions déjà les processus d’accumulation grâce à la littérature. » Et effectivement, les chercheurs ont pu prouver la présence d’uranium dans les parois cellulaires des bactéries.

État chimique inhabituel

Mais de quels composés chimiques s’agissait-il exactement ? Pour le déterminer, l’équipe a utilisé des méthodes microscopiques et spectroscopiques avancées. Les études comprenaient des expériences à la Rossendorf Beamline (ROBL), exploitée par le HZDR à l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) à Grenoble, en France, ainsi que des études complémentaires à l’Université de Grenade.

Dans un premier temps, les scientifiques ont exploré la membrane bactérienne pour déterminer dans quels états chimiques l’uranium était présent. Dans la terminologie chimique, le terme « valence » est utilisé pour décrire combien de « mains » un atome possède pour se lier à d’autres atomes au sein d’un composé chimique.

« L’uranium se présente généralement avec une valence de 4 ou 6. L’uranium pentavalent existe, mais il est rare ou seulement transitoire. Jusqu’à présent, il était observé dans un état d’oxydation instable », précise Newman-Portela. « Les résultats de notre étude ont donc été extrêmement surprenants car, dans la biomasse analysée issue de nos essais expérimentaux, une proportion inhabituellement élevée de l’uranium identifié était également de l’uranium pentavalent. »

Stable – même sous l’influence de l’oxygène

De plus, les chercheurs ont découvert que l’uranium pentavalent formait le composé FeU^(V)O₄ avec le fer et l’oxygène.

« Ce composé d’uranium n’a pas encore de nom car il est relativement nouveau. Il a été démontré pour la première fois dans une étude en 2020 où des échantillons de sol de certaines parties de la Croatie contaminées par des munitions à l’uranium ont été analysés », explique Krawczyk-Bärsch. « Il a été constaté que, même sous l’influence de l’oxygène atmosphérique, ce composé d’uranium était resté stable pendant plus de 25 ans. Mais jusqu’à présent, nous ignorions comment ce composé se forme dans la nature et que les bactéries jouent un rôle dans sa formation. » Dans des expériences ultérieures, l’équipe de recherche du HZDR a observé que la quantité de FeU^(V)O₄ augmentait effectivement lorsque la biomasse séchée était exposée à l’oxygène.

« Notre étude a révélé pour la première fois que des bactéries alimentées en glycérol comme source de carbone peuvent convertir l’uranium toxique dissous dans l’eau en un composé chimique stable », déclare Krawczyk-Bärsch. « Nous devons encore étudier dans quelle mesure les bactéries pourraient contribuer à rendre l’uranium inoffensif à des fins de dépollution. »

Dans leurs travaux futurs, l’équipe du HZDR vise à obtenir de nouvelles informations sur les bactéries liant l’uranium ainsi qu’à mieux comprendre les processus biochimiques et géochimiques sous-jacents.

Publication :
A. M. Newman-Portela, K. O. Kvashnina, E. F. Bazarkina, A. Rossberg, F. Bok, S. Ting-Shyang Wei, A. Kassahun, T. Stumpf, J. Raff, M. L. Merroun, E. Krawczyk-Bärsch : Pentavalent and tetravalent uranium formation via glycerol-stimulated bacteria in mine water, dans Nature Communications, 2026 (DOI: 10.1038/s41467-026-72560-z)

Article : Pentavalent and tetravalent uranium formation via glycerol-stimulated bacteria in mine water – Journal : Nature Communications – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude

Source : HZDR