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Des concrétions calcaires sont observées dans la nature,
notamment dans les rivières. Ces précipitations de carbonates
de calcium en rivière ont surtout lieu en été quand
la température estivale est élevée, la lumière
est en quantité suffisante et les teneurs en nutriments sont fortes.
Ces formations peuvent aboutir à des perturbations dans le fonctionnement
de l'écosystème aquatique (colmatage des fonds, pétrification
de la végétation aquatique, édification de seuils
calcaires...). L'existence de ces dépôts est attribuée
en partie à une origine microbienne (cyanobactéries, algues,
bactéries...).
Des échantillons de concrétions calcaires en provenance
de différents milieux aquatiques continentaux (Seine, Epte, Levrière...)
ont été étudiés.
Le lien existant entre les concrétions et leur origine bactérienne
a été recherché à l'aide d'observations au
MEB et par la spectrophotométrie infrarouge à transformée
de Fourier (spectrophotométrie IRTF). Il a été ainsi
montré que ces concrétions ont une structure mixte : minérale
(carbonatée et silicatée) et organique (protéique
et polysaccharidique).
Des protéines de faible masse moléculaire ont été
extraites par déminéralisation de la masse organo-minérale.
Une approche originale de ce travail a été de tester l'effet
de ces protéines vis-à-vis de la précipitation du
CaCO3 dans un modèle physico-chimique in vitro.
Les protéines ont exprimé un très fort effet inhibiteur
vis-à-vis de la cristallisation du carbonate de calcium.
Deux souches bactériennes associées du genre Bacillus
ont été isolées à partir de ces concrétions.
Il s'agit d'un Bacillus cereus et d'un Bacillus licheniformis
qui, en culture, ont produit des cristaux de CaCO3, les bacilles
servent de nucléateurs pour la précipitation de ces cristaux.
Il a été montré que le cycle de croissance d'une
bactérie calcifiante, dans un milieu propice à la cristallogenèse,
est relativement long (environ 5 jours) par rapport à une bactérie
classique
cultivée ordinairement et qu'il existe une relation entre la production
de cristaux et le cycle de croissance. Une autre originalité de
l'étude a été de démontrer grâce à
l'utilisation de la spectrophotométrie IRTF que ces bactéries
calcifiantes produisent des phases calciques transitoires (carbapatite
et vatérite) avant la production finale de calcite, thermodynamiquement
stable.
La spectrophotométrie IRTF, qui permet d'identifier les espèces
cristallines sur des microéchantillons, a permis d'établir
la chronologie d'apparition de ces phases minérales dès
les premières heures de culture. Des différences dans la
cinétique et dans l'abondance de la minéralisation entre
les cultures de Bacillus cereus seul et associé à
un Bacillus licheniformis ont été décelées.
Nous avons montré que l'association bactérienne Bacillus
cereus et Bacillus licheniformis est capable de stabiliser,
pendant un mois, la vatérite, phase minérale calcique réputée
thermodynamiquement instable qui se convertit habituellement en calcite
au bout de quelques heures seulement.
Les résultats confirment la forte interaction des macromolécules
organiques bactériennes, en particulier les protéines, avec
le carbonate de calcium suggérant ainsi leur implication dans les
processus de précipitation cristalline.
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