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RÉSUMÉ
L’utilisation de micro-organismes pour extraire des métaux à partir de ressources minérales est une discipline à part entière de la métallurgie extractive avec une variété d’applications en termes de technologies et de métaux concernés. Les processus biochimiques mis en jeu sont connus de plus en plus finement. Et les procédés se révèlent fiablesavec une efficacité de plus en plus importante dans l’exploitation des ressources. Le point est fait ici sur les applications les plus représentatives de ce domaine en survolant les aspects phénoménologiques et en détaillant ceux des ingénieries utilisées.
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Dominique MORIN : Responsable de l’Unité Biotechnologies - Service Environnement et Procédés - Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM)
INTRODUCTION
La mise en œuvre de matière vivante pour le traitement de matière minérale est à la croisée de plusieurs chemins ; la microbiologie, la pédologie, la géologie, la géochimie et la minéralurgie ou science du traitement des matières minérales.
Les microbiologistes à la recherche d’organismes jusque-là inconnus ont découvert des micro‐organismes vivant directement de la transformation des minéraux. Ils ont mis en évidence, par là aussi, que de tels micro‐organismes accéléraient considérablement les vitesses des réactions de transformation. Les pédologues et les géochimistes ont montré que chaque sol, chaque gisement porte son monde vivant qui en est une part d’identité.
Les minéralurgistes, qui mettent au point et utilisent les procédés de traitement de la matière minérale, ont pour obligation de sélectionner les procédés donnant le meilleur compromis entre la rentabilité et les nuisances pour l’environnement.
L’hydrométallurgie, domaine relatif à la séparation et à la récupération des métaux par voie aqueuse, est le lieu de rencontre de ces spécialistes. Milieu de confinement des produits de réactions des minéraux, la solution aqueuse de l’hydrométallurgie rappelle le milieu baignant le monde des micro‐organismes.
Il est bien clair que toutes les opérations de concentration des métaux mises au point par l’homme trouvent un écho dans la nature. Le monde biologique y participe en décomposant par action directe ou indirecte la matière minérale, en constituant un milieu favorable à la circulation du métal en phase aqueuse ou en immobilisant ce métal.
C’est un survol des phénomènes biologiques exploités, ou qui pourraient l’être dans l’avenir, qui va être présenté ci‐après.
Pour ce qui est de la décomposition de la matière minérale, la dégradation des composés sulfurés métalliques est le procédé avec intervention biologique le plus avancé dans le développement industriel. Dans le principe, ce procédé utilise des bactéries qui catalysent l’oxydation des sulfures, ce qui conduit à la dissolution des métaux.
Au stade industriel, la technique est exploitée pour les minerais de cuivre, d’or, d’uranium et de cobalt.
Le traitement suivant d’autres principes de matières minérales oxydées, dont certains minéraux industriels, est à l’étude.
Deux autres activités ont un intérêt potentiel dépassant le domaine de la métallurgie extractive : la fixation des métaux par de la matière biologique vivante ou morte et la destruction biologique de réactifs organiques comme les cyanures.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 1995 par Dominique MORIN
- Version archivée 3 de mars 2013 par Dominique MORIN
- Version courante de déc. 2020 par Dominique MORIN
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Biodégradation de réactif organique : le cyanure3. Bioextraction des métaux
Les micro‐organismes, incluant les actomycètes, les cyanobactéries, les algues, les champignons et les levures, ont la capacité d’accumuler les métaux lourds et les radionucléides présents dans leur environnement. Les cellules vivantes comme les cellules mortes ont la propriété de fixer et d’accumuler les ions métalliques.
3.1 Principes de concentration des métaux par voie microbiologique
La concentration biologique intervient de diverses façons qui vont être successivement décrites.
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Adsorption à la surface des cellules
La surface des cellules capte les cations métalliques parce qu’elle est chargée négativement du fait de la présence de groupes carboxylate, hydryl et phosphate dans les polymères de la paroi cellulaire. Des groupes non chargés comme les peptides azotés peuvent se comporter en ligand pour compléter les sites de coordination du cation métallique.
Des micro‐organismes différents présenteront des distributions de charge et de géométrie variées susceptibles de retenir sélectivement certains cations métalliques. La capacité de rétention du métal dépend aussi du pH du fait de la protonation de ces groupes.
Les champignons et les levures sont connus pour accumuler des métaux à fortes concentrations à la surface comme à l’intérieur des cellules. Les organismes ont des parois constituées de chitine ou de chitosane dont la glucosamine constitue le ligand pour les métaux avec d’autres groupes fonctionnels tels que : phosphate, carboxyl, amine, etc.
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Pénétration et accumulation dans la cellule
Plus lente que la fixation à la surface de la cellule, l’accumulation dépend du métabolisme, et peut être bloquée par des changements de température ou la présence d’inhibiteur. En revanche, le potentiel de rétention est plus élevé.
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Production de composés précipitant
Des bactéries comme Desulfovibrio desulfuricans transforment le sulfate en sulfure excrété par la cellule. L’apparition de sulfure en solution provoque la précipitation de la plupart des métaux lourds sous forme de sulfure métallique. De même les matières biologiques qui se dégradent dans les effluents industriels en l’absence d’oxygène libèrent des sulfures qui font précipiter les métaux....
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