Projet et objectifs scientifiques de l’équipe
1. Fond scientifique et organisation interne
Le LCABIE poursuit ses études autour du développement d’instrumentations et de méthodes analytiques pour l’analyse de traces, rapports isotopiques et spéciation (détection, identification et quantification des formes chimiques des métaux et des métalloïdes) en milieux environnemental et biologique. La majorité des sujets de recherches (intégrant 80% des ressources du LCABIE) s’articule autour des deux grandes thématiques :
1) Métaux, Métalloïdes et Biomolécules : Spéciation dans le vivant
2) Ecodynamique des Métaux et Métalloïdes : Spéciation dans l’environnement.
Ces thématiques sont maintenant reconnues comme des pôles forts du développement de la recherche académique de l’équipe et constituent la base de l’enseignement et des recherches appliquées valorisées par des projets spécifiques.
2. Projets et objectifs scientifiques intra- thématiques
2.1. Détermination in situ et expérimentale de la labilité, de la réactivité, de la biodisponibilité et du transfert des métaux et des métalloïdes dans l’environnement
La compréhension de la réactivité et du transport des éléments trace (métaux et métalloïdes) dans l’environnement est essentielle dans l’étude des cycles biogéochimiques et des impacts écologiques. Elle repose principalement sur la détermination de leur spéciation dans ces milieux complexes qui dépend du développement et de la mise en œuvre d’approches innovantes tels que : 1) le développement d’outils miniaturisés pour évaluer in situ la labilité, la réactivité, la biodisponibilité et les risques induits par les métaux dans l’environnement se basant sur des méthodes électrochimiques adaptées aux systèmes aquatiques, et 2) le développement de stratégies analytiques et expérimentales basées sur la spéciation moléculaire et isotopique (couplage techniques séparatives et spectrométrie atomique et moléculaire, traceurs isotopiques et moléculaires).
Ces développements permettent d’étudier la réactivité et les échanges aux interfaces (sédiment/eau/air, sol/eau/plante, milieu/cellule…), des interactions physico-chimiques et transformations microbiologiques et du devenir des éléments trace dans les différents compartiments. Il s’agira de caractériser les formes moléculaires et les mécanismes de transformation, ainsi que le rôle des facteurs biotiques et abiotiques dans ces processus. Les investigations seront menées par le biais d’expérimentations en laboratoire en milieu contrôlé et in situ en milieux naturels et/ou anthropisés.
Personnel impliqué : D. Amouroux (60%), L. Authier (80%), G. Bareille (30%), M. Bueno (50%), F. Clement (20%), C. Cugnet, (80%), J. Frayret (20%), I. Le Hecho (60%), M.P. Isaure (20%) G. Lespes (40%), M. Monperrus (60%), C. Pécheyran (20%), M. Potin-Gautier (60%)
Ressources :ANRs : IDEA, RIPOST, CHIVAS. PYRMET-FEDER, CDAP, EC2CO, ANDRA, ENITAB
Partenariats : ECP et EEM de l’UMR 5254, EPOC Bordeaux, ISM Bordeaux, IUEM Brest, ANDRA, ENITAB Bordeaux, INRA Bordeaux, Université Lérida (Espagne)
2.2. Description moléculaire des réponses du vivant au stress environnemental des métaux
L’objectif du projet et de développer des méthodes analytiques pour mesurer la réponse d’un organisme (plantes, champignons, animaux…) ou d’une lignée cellulaire induite par la présence des métaux. Les techniques à développer visent la localisation et la spéciation des métaux. Elles seront abordées au niveau tissulaire et cellulaire par ablation laser-ICP MS, techniques utilisant le rayonnement synchrotron (µ-XRF et µ-XAS) et prélèvement et analyse de très petits volumes d’échantillons (nL). La spéciation des métaux sera atteinte par des techniques de séparation couplées à la détection bimodale (ICP MS et électrospray MS/MS) appuyées par l’utilisation des traceurs isotopiques. L’information sur des biomolécules contenant les métaux sera couplée à la réponse génomique, protéomique et métabolomique. Des méthodes nouvelles de quantification de protéines basées sur le marquage élémentaire seront développées. Le but des développements analytiques est d’améliorer la compréhension des mécanismes d’incorporation, transformation et détoxication des métaux lourds dans les plantes, les champignons et le biote marin.
Personnel impliqué : D. Amouroux (20%), M.P. Isaure (80%), R. Lobinski (40%), M. Monperrus (20%), S. Mounicou (50%), L. Ouerdane (50%), F. Pannier (30%), H. Preud’homme (20%), D. Schaumlöffel (100%).
Ressources et partenariats : ANRs : CIDS, IDEA, RIPOST, UM2-CNRS-INRA, EPOC Arcachon.
2.3. Caractérisation multidimensionnelle des nano- et micro-particules (NP) dans l’environnement et le vivant
Ces recherches visent à (1) développer des stratégies analytiques et méthodologiques permettant la caractérisation physico-chimique des nano et micro-particules de l’échelle supramoléculaire à l’échelle moléculaire et atomique. Cette caractérisation multidimensionnelle repose sur des méthodes couplant fractionnement en ligne et multi-détection (MALLS, ICP-MS, MS-MS…), des méthodes spectroscopiques (IR/Raman) et microscopiques ainsi que sur une approche modélisatrice (méthodes de la chimie calculatoire), (2) acquérir des éléments de connaissance sur le comportement, le devenir et l’évaluation des effets des NP et colloïdes dans l’environnement et le vivant. Les travaux concernant la réactivité, l’impact et le transfert au vivant des nano-particules ainsi que le transport colloïdal des éléments trace seront en particulier poursuivis.
Personnel impliqué : G. Bareille (20%), J. Frayret (20%), I. Le Hécho (40%) G. Lespes (60%), R. Lobinski (20%), S. Mounicou (20%), M. Potin-Gautier (20%)
Ressources et partenariats : Ministère, CNRS, CEA, FEDER, Bordeaux I, INRA Bordeaux, ECP et EPCP de l’UMR5254.
2.4.Métabolisme du sélénium dans le vivant
Les propriétés anti-oxydantes, anti-inflammatoires et anticancéreuses attribuées au sélénium et la toxicité de cet élément à des doses élevées stimulent la recherche sur sa spéciation dans des produits alimentaires naturelles et son métabolisme pas des levures utilisées dans la supplémentation alimentaire. Par son incorporation génétiquement encodée dans la sélénocystéine, 21ème acide aminé, le sélénium joue un rôle essentiel pour la santé qui est loin d’être décrit au niveau moléculaire faute des méthodes analytiques adéquates. Les objectifs de recherche se déclinent en (i) développement de méthodes analytiques permettant la caractérisation de la spéciation du sélénium dans l’alimentation humaine, la caractérisation et la quantification du sélénoprotéome et l’identification et dosage quantitatif de l’ensemble de métabolites séléniés (sang, urine), et (ii) études de l’expression (hiérarchie) de sélénoprotéines dans des lignées cellulaires et des cellules mammifères.
Personnel impliqué : M. Bueno (40%), R. Lobinski (20%), S. Mounicou (30%), L. Ouerdane (50%), F. Pannier (70%), H. Preud’homme (20%), J. Szpunar (100%)
Ressources et partenariats : ANR-Selenoproteome, A2SePF, YESSEL, Alltech
2.5 Détermination de la signature et des processus de fractionnement isotopiques des éléments traces et des contaminants métalliques à l’échelle moléculaire
L’objectif est l’intégration de l’information isotopique au niveau moléculaire en sciences de l’environnement. Ces nouveaux développements devraient aider à préciser l’origine, la nature des mécanismes de transformation des métaux trace dans les différents compartiments de l’environnement, et permettre d’utiliser l’information isotopique au niveau moléculaire pour discriminer les sources et les processus réactionnels mis en jeux. Il s’agit notamment du développement de méthodes analytiques pour la détermination de la composition isotopique des éléments trace (Se, Ge, Sr, Mg, Hg, Pb, Sn, actinides, …) à l’échelle moléculaire par le biais de méthodes couplées à l’ICP/MS Multicollecteur (GC, HPLC, laser,..) et de l’application à l’étude des mécanismes de fractionnement isotopique (réaction d’alkylation, redox, bioaccumulation, …) ainsi que des signatures enregistrées dans les biominéraux (signatures de proxis, discriminations des origines naturelles et anthropiques.
Personnel impliqué : D. Amouroux (20%), G. Bareille (50%), S. Bérail (100%), O. Donard (40%), V. Epov (100%), M. Monperrus (20%), C. Pécheyran (50%)
Ressources : INSU/SC IMPULSE, ANR MERCY, EC2CO BIOMELI, CRA, CG64
Partenariats : CRPG Nancy, LMTG Toulouse, INRA St-Pée, CEA DAM
3. Projets spécifiques de valorisation :
Le rôle de ce volet est de positionner dans la structure du laboratoire des actions scientifiques avec un fort potentiel de valorisation et clairement identifiées avec des partenaires industriels engagés.
3.1. Pétrole et génie pétrolier : analyses élémentaire, isotopique, spéciation, traceurs de gisement
Le LCABIE possède des compétences uniques et reconnues internationalement dans les domaines d’analyses élémentaire, isotopique et de spéciation des métaux dans les huiles bruts et produits de raffinage pétrolier. Les sujets de collaboration sont la détermination des métaux à l’état d’ultratraces, la détermination des rapports isotopiques des métaux pour l’identification de nouveaux marqueurs de maturité des huiles et la datation des gisements d’huiles dans les bassins pétroliers, ainsi que la spéciation du mercure et des métalloporphyrines dans les huiles brutes. Le laboratoire a également structuré plusieurs projets de recherche avec Total sur le développement de méthodologies analytiques pour les traceurs de gisement, inhibiteurs de corrosion et transfert des contaminants vers la nappe phréatique lors du stockage des gaz.
Personnel impliqué : S. Bérail (20%), B. Bouyssiere (100%), O. Donard (20%), R. Lobinski (20%), C. Pécheyran (30%), H. Preud’homme (60%).
Ressources : IFP, Total, Aramco, PDVSA, Exxon
3.2. Solutions pour l’environnement
Sujets principaux de recherche et d’études : (i) réduction des pollutions à la source à travers un projet qui concerne la mise au point et l’optimisation de bains lessivielles en tant que produits alternatifs au trichloroéthylène pour le dégraissage des pièces métalliques; (ii) développement d’un pilote utilisant des capteurs électrochimiques sérigraphiés pour la mesure en continu des métaux totaux et leurs fractions labiles (assimilées à la fraction biodisponible) dans les milieux aquatiques; (iii) développement de traitements plasmas, en particulier les post-décharges DBD à pression atmosphérique dans les procédés de chromage de surface des aciers, ainsi que dans la dépollution de l’air ou de l’eau, (iv) étude et mise au point d’un procédé industriel de traitement d’effluents chargés en polluants minéraux et organiques par des ferrates de potassium, (v) traitement photocatalytique et métrologie des COV et nanoparticules minérales dans l’air, (vi) mise au point de matériaux spécifiques pour l’évaluation de la pression environnementale.
Personnel impliqué : L. Authier (20%), J. Frayret (80%), J.F. Loiseau (40%), M. Potin-Gautier (20%)
Ressources et partenariats : Turboméca, Messier et sous-traitants, CG64, CG65, Innov’Adour, CDAP, PSI, ECP (NORMACAT), EPCP, Gis-Matériaux
3.3. Plasmas et applications
Avec l’arrivée de deux enseignants-chercheurs, le LCABIE se dote d’un ensemble de connaissances fondamentales (les plasmas froids) susceptibles, par leurs applications existantes ou potentielles dans le domaine du traitement des gaz (ozonation, dépollution), du traitement de surface des matériaux (polymères, fibres de carbone, bois, métaux, etc.) et du biomédical (décontamination, stérilisation, coagulation, traitement de plaies ou de tumeurs, etc.), de contribuer au développement durable en raison de leur caractère non polluant (alternatives à certains traitements chimiques polluants) ou dépolluant (traitement des NOx, SOx, COV par décharge et post-décharge DBD).
Personnel impliqué : F. Clément (80%), J.F. Loiseau (60%)
Ressources et partenariats : GDR “Applications biomédicales des plasmas”