Formation de Sulfure de Molybdène Amorphe dans des Conditions Sulfuriques Abiotiques et Biotiques : Une Étude Comparative sur les Mécanismes de Séquestration du Molybdène

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Le molybdène (Molybdenum, Mo) est l’un des métaux traces les plus abondants dans les océans. Son comportement différent dans diverses conditions redox en fait un indicateur efficace des conditions redox paléo-océaniques. En particulier, dans les environnements anoxiques et sulfidiques, la forme et le comportement du molybdène diffèrent considérablement de ceux observés dans des environnements oxiques. Cependant, les mécanismes de séquestration du molybdène dans les environnements sulfidiques ne sont pas encore entièrement compris. Des études antérieures ont suggéré que les bactéries sulfato-réductrices (Sulfate-Reducing Bacteria, SRB) pourraient favoriser la séquestration du molybdène en l’absorbant et en le réduisant activement, ou en induisant une complexation et une réduction du molybdène indépendantes du fer (Fe) à leur surface cellulaire. Cependant, les mécanismes spécifiques de ces voies biologiques et leurs contributions relatives restent incertains. Par conséquent, cette étude vise à explorer, à travers des expériences systématiques, les interactions entre les espèces de molybdène (VI) (comme le molybdate MoO₄²⁻ ou le thiomolybdate MoS₄²⁻), le fer ferreux (Fe²⁺) et les SRB, en se concentrant sur les combinaisons de conditions menant à la précipitation réductrice du molybdène, afin de révéler les mécanismes de séquestration du molybdène dans les environnements sulfidiques.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Rachel F. Phillips, Weinan Leng, Sheryl A. Singerling, Morgane Desmau et Jie Xu, provenant respectivement de l’École des sciences moléculaires de l’Université d’État de l’Arizona, de l’École de la Terre, des océans et de l’environnement de l’Université de Caroline du Sud, du Centre national des infrastructures de nanotechnologie terrestre et environnementale de l’Institut polytechnique de Virginie, du Laboratoire de cosmochimie Schwiete de l’Université Goethe de Francfort en Allemagne et du Centre canadien de lumière synchrotron de l’Université de la Saskatchewan au Canada. L’article a été publié en 2025 dans la revue Geo-Bio Interfaces sous le titre Formation of Amorphous Molybdenum Sulfide in Abiotic and Biotic Sulfidic Conditions: A Comparative Study on Molybdenum Sequestration Mechanisms.

Processus et résultats de la recherche

1. Conception expérimentale

Cette étude a exploré, à travers une série d’expériences, les interactions entre les espèces de molybdène (VI) (MoO₄²⁻ ou MoS₄²⁻), le Fe²⁺ et les SRB dans différentes conditions, en se concentrant sur le processus de précipitation réductrice du molybdène. Les expériences ont été divisées en expériences biologiques et abiotiques, menées respectivement en présence et en absence de SRB. Deux espèces de SRB ont été utilisées : Desulfovibrio vulgaris et Desulfotignum balticum, afin d’augmenter la pertinence environnementale des expériences.

2. Étapes expérimentales

  • Expériences de croissance des SRB : Les SRB ont été cultivées dans un milieu contenant du molybdène pour observer l’effet inhibiteur du molybdène sur leur croissance. Les expériences ont été menées dans des milieux contenant MoO₄²⁻ ou MoS₄²⁻, avec ou sans Fe²⁺.
  • Expériences de sulfuration et de séquestration du molybdène : À différents stades de croissance des SRB, du molybdène et du Fe²⁺ ont été ajoutés pour observer les processus de sulfuration et de séquestration du molybdène. La sulfuration du molybdène a été surveillée par spectroscopie UV-Vis, et la composition, la structure et l’état d’oxydation des précipités ont été analysés par microscopie électronique à transmission (TEM), spectroscopie photoélectronique X (XPS) et spectroscopie d’absorption des rayons X par rayonnement synchrotron (XAS).
  • Expériences avec des cellules de SRB mortes : Après que les SRB aient produit suffisamment de sulfure d’hydrogène, elles ont été tuées par autoclavage, puis du molybdène et du Fe²⁺ ont été ajoutés pour observer l’effet des cellules mortes sur la séquestration du molybdène.

3. Résultats principaux

  • Inhibition de la croissance des SRB : Les expériences ont montré que MoO₄²⁻ et MoS₄²⁻ inhibent significativement la croissance des SRB, en particulier celle de Desulfovibrio vulgaris. Cela suggère que le molybdène pourrait inhiber la croissance des SRB en interférant avec leur voie métabolique de réduction des sulfates.
  • Sulfuration et séquestration du molybdène : En présence de SRB, la vitesse de sulfuration du molybdène a augmenté de manière significative, en particulier en présence de Fe²⁺. Le Fe²⁺ a catalysé de manière significative les processus de sulfuration et de séquestration du molybdène, indiquant que le Fe²⁺ joue un rôle clé dans la séquestration du molybdène.
  • Analyse des précipités : Les analyses par XPS et XAS ont révélé que le molybdène dans les précipités était principalement sous forme de Mo(IV), indiquant que le molybdène avait été réduit lors de la sulfuration. De plus, la composition et la structure des précipités étaient presque indiscernables dans les conditions biologiques et abiotiques, ce qui indique que le rôle des SRB dans la séquestration du molybdène est passif, principalement en fournissant des sulfures et des sites de nucléation pour favoriser la précipitation du molybdène.

4. Conclusion

Cette étude montre que la séquestration du molybdène est principalement pilotée par des processus abiotiques, les SRB ne faisant que favoriser indirectement ce processus par la production de sulfures. Le Fe²⁺ est un facteur clé dans la réduction et la séquestration du molybdène, et il est nécessaire pour la précipitation du molybdène même en présence de SRB. De plus, l’étude a révélé le mécanisme de séquestration du molybdène dans les environnements sulfidiques, où le molybdène réagit d’abord avec les complexes FeS, puis subit une sulfuration et une réduction, formant finalement un précipité amorphe de sulfure de molybdène.

Importance et points forts de la recherche

1. Valeur scientifique

Cette étude fournit de nouvelles perspectives sur la compréhension des mécanismes de séquestration du molybdène dans les environnements sulfidiques, en particulier en ce qui concerne le rôle du Fe²⁺ et des SRB. Les résultats montrent que le Fe²⁺ est un catalyseur clé de la séquestration du molybdène, tandis que le rôle des SRB est principalement de favoriser indirectement la précipitation du molybdène par la production de sulfures. Cette découverte a une importance significative pour l’interprétation des conditions redox paléo-océaniques.

2. Valeur applicative

Les résultats de cette étude peuvent être utilisés pour améliorer les modèles de reconstruction des conditions redox paléo-océaniques, en particulier en ce qui concerne le comportement du molybdène dans les environnements sulfidiques. De plus, l’étude fournit une référence pour comprendre le comportement d’autres métaux traces dans les environnements sulfidiques.

3. Points forts de la recherche

  • Rôle clé du Fe²⁺ : L’étude a révélé que le Fe²⁺ est une condition nécessaire pour la séquestration du molybdène, même en présence de SRB.
  • Rôle passif des SRB : Les SRB ne réduisent pas directement le molybdène, mais favorisent indirectement sa précipitation en fournissant des sulfures.
  • Structure amorphe des précipités : Les précipités de molybdène formés dans des conditions biologiques et abiotiques sont presque indiscernables en termes de composition et de structure, indiquant que le rôle des SRB est principalement de fournir des sulfures et des sites de nucléation.

Autres informations utiles

L’étude a également exploré les différences dans la sulfuration et la séquestration du molybdène à différents pH, révélant que la sulfuration et la séquestration du molybdène sont significativement réduites à pH élevé, ce qui indique que le pH joue également un rôle important dans le processus de séquestration du molybdène. De plus, l’étude a proposé un mécanisme séquentiel de séquestration du molybdène, où le molybdène réagit d’abord avec les complexes FeS, puis subit une sulfuration et une réduction, formant finalement un précipité amorphe de sulfure de molybdène.

Grâce à cette étude, nous avons une compréhension plus approfondie des mécanismes de séquestration du molybdène dans les environnements sulfidiques, fournissant une base théorique et expérimentale importante pour les recherches futures dans ce domaine.