Biolixiviation
Définition
La biolixiviation est un procédé d’extraction, utilisant des micro-organismes, pour récupérer les métaux contenus dans une roche [1-2]. Lors de l’extraction, les métaux solides sont dissous et récupérés sous forme liquide dans les effluents. Cette technique fonctionne avec les roches contenant du fer ou du sulfure mais également avec des déchets électroniques tels que des batteries au lithium ou des circuits imprimés [3].
Quels micro-organismes sont utilisés ?
Selon les conditions de l’environnement (pH, température, disponibilité de l’oxygène, …) où se déroule la biolixiviation, différentes micro-organismes vont être impliqués. On retrouve fréquemment des bactéries, des archées et des mycètes pour la biolixiviation :
- Bactéries. Leptospirillum spp. sont des bactéries trouvées notamment dans le fleuve espagnol Río Tinto qui est très acide et avec de fortes concentrations en éléments traces métalliques [4].
- Archées. Sulfuracidifex metallicus ou Sulfurisphaera tokodaii sont des exemples d’archées, isolées de milieux chauds et acides, qui sont utilisées en biolixiviation.
- Mycètes. Des mycètes comme Aspercillus niger ou Penicillium chrysogenum sont également utilisés [5].
Ces micro-organismes possèdent un métabolisme permettant la dissolution des métaux ainsi qu’une bonne tolérance face aux environnements acides et riches en éléments traces métalliques. On peut trouver certains de ces micro-organismes dans des drainages miniers acides.
Comment ça marche ?
La biolixiviation peut être réalisée lors d’un contact direct entre le micro-organisme et la roche ce qui peut être facilité par la formation d’un biofilm [6]. Elle peut aussi avoir lieu à distance si le micro-organisme n’est pas attaché à la surface. Selon les micro-organismes impliqués plusieurs mécanismes de biolixiviation sont possibles :
- Production d’acides organiques ou inorganiques (protons)
- Réactions d’oxydation ou de réduction
- Sécrétion de molécules, telles que des sidérophores, qui vont « capturer » des métaux (principalement le fer)
Applications industrielles : extraction et recyclage des métaux
La biolixiviation possède plusieurs applications industrielles :
Biominage / biohydrométallurgie
Le terme biominage (ainsi que biohydrométallurgie) est utilisé lorsque la biolixiviation est appliquée à des minerais provenant d’exploitation minière. Elle fonctionne aussi pour les déchets miniers avec une teneur en métaux trop faible pour les techniques classiques d’extraction.
Le biominage est utilisée à l’échelle industrielle depuis plusieurs dizaines d’années aussi bien in-situ que pour des fermenteurs allant de quelques milliers jusqu’à 20 000 m3. Pour cela un micro-organisme ou un consortium de plusieurs est ajouté aux minéraux à traiter. A cela peuvent s’additionner des micro-organismes déjà présents avant l’inoculation (vu que le processus est non stérile).
Recyclage de déchets électroniques
Au vu de l’épuisement des ressources naturelles de certains métaux le recyclage devient intéressant. D’autant plus que la quantité de déchets électroniques augmente fortement, ces dernières années. Les avantages de la biolixiviation pour les déchets électroniques sont que cette méthode est peu coûteuse tout en étant respectueuse de l’environnement (faible consommation en eau et énergie et peu de production de sous-produits toxiques).
Bioréhabilitation
La biolixiviation peut être utilisée pour la bioréhabilitation d’environnements, tels que des sédiments, pollués [7].
Références bibliographiques
[1] Rawlings, D. E., Dew, D., & du Plessis, C. (2003). Biomineralization of metal-containing ores and concentrates. Trends in Biotechnology, 21(1), 38–44. doi:10.1016/s0167-7799(02)00004-5 (lien)
[2] Fathollahzadeh, H., Eksteen, J. J., Kaksonen, A. H., & Watkin, E. L. J. (2018). Role of microorganisms in bioleaching of rare earth elements from primary and secondary resources. Applied Microbiology and Biotechnology. doi:10.1007/s00253-018-9526-z (lien)
[3] Moazzam, P., Boroumand, Y., Rabiei, P., Baghbaderani, S. S., Mokarian, P., Mohagheghian, F., Mohammed, L. J., & Razmjou, A. (2021). Lithium bioleaching: An emerging approach for the recovery of Li from spent lithium ion batteries. Chemosphere, 277, 130196. doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.130196 (lien)
[4] García-Moyano, A., González-Toril, E., Moreno-Paz, M., Parro, V., & Amils, R. (2008). Evaluation of Leptospirillum spp. in the Río Tinto, a model of interest to biohydrometallurgy. Hydrometallurgy, 94(1-4), 155-161. (lien)
[5] Pathak, A., Kothari, R., Vinoba, M., Habibi, N., & Tyagi, V. V. (2021). Fungal bioleaching of metals from refinery spent catalysts: A critical review of current research, challenges, and future directions. Journal of environmental management, 280, 111789. doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111789 (lien)
[6] Diao, M., Taran, E., Mahler, S., & Nguyen, A. V. (2014). A concise review of nanoscopic aspects of bioleaching bacteria–mineral interactions. Advances in Colloid and Interface Science, 212, 45–63. doi:10.1016/j.cis.2014.08.005 (lien)
[7] Fonti, V., Dell’Anno, A., & Beolchini, F. (2016). Does bioleaching represent a biotechnological strategy for remediation of contaminated sediments? Science of The Total Environment, 563-564, 302–319. doi:10.1016/j.scitotenv.2016.04.094 (lien)