Interaction matiere organique et mercure divalent dans les neiges

INTERACTION MATIERE ORGANIQUE ET MERCURE DIVALENT DANS LES NEIGES. ROLE DES EXCRETIONS CELLULAIRES SUR LA CHELATION DU MERCURE.
Par Christophe FERRARI (HDR, LGGE), Aurélien DOMMERGUE (MCF, LGGE)
Collaboration Laurent MARON (HDR, LPCNO)
Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement (LGGE) et Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets (LPCNO), INSA de Toulouse.
Le manteau neigeux polaire est le siège d’une chimie complexe de transformation du mercure correspondant à la fois à une production interne de mercure élémentaire gazeux et une incorporation du mercure gazeux. Le manteau neigeux est à la fois une source et un puits de mercure. Le mercure présent dans la neige sous forme de mercure II peut être associé à la matière organique et être ainsi stabilisé chimiquement et photochimiquement et entrainé vers les écosystèmes à la fonte.
Le but de cette thèse est d’une part de comprendre l’impact de cette matière organique sur le temps de vie du mercure divalent dans les réservoirs environnementaux et notamment la neige et d’autre part de déterminer les mécanismes moléculaires d’interaction mercure-matière organique dans ce milieu.
Nous proposons de déterminer la part du mercure complexée à la matière organique en mesurant spécifiquement le mercure total, le mercure dissout, le mercure biodisponible et le mercure complexé à la matière organique. Ces études seront réalisées sur des échantillons de neige collectés en zone polaire et alpine.
De plus, nous proposons de réaliser en laboratoire les études de cinétique de complexation du mercure II avec différents ligands organiques (acides humiques, exopolysaccharides, monomères des sucres naturels, protéines, contenu cellulaire préalablement extrait de micro-organismes…), en étudiant l’impact du pH et de la force ionique du milieu. Les exopolysacharides, protéines seront produits/isolés à partir de souches isolées des neiges polaires et alpines, et caractérisés au CERMAV.
En complément de cette approche de terrain, de laboratoire, il est proposé de valider ces résultats d’interaction par une approche de modélisation moléculaire avec Laurent Maron du LPCNO (Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets), INSA de Toulouse.

Collaborations :
CERMAV : Centre d'Etudes et de Recherche sur les Macromolécules Végétales (CNRS)

IRTSV/CEA : Institut de Recherches en Technologies et Sciences pour le Vivant (CEA)

LPCMO: Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets (INSA, Univ.Paul Sabatier)
Financement des recherches :

ANR CES

EC2CO-CYTRIX Programme Contamination des Écosystèmes polaires par le mercure

Programme Mercure-lacs Alpins: conseil général de l'Isère et conseil régional Rhône-Alpes

INTERACTION between organic mater and divalent mercury in the snow. Influence of cellular excretion on mercury chelation in environment.
By Christophe FERRARI (HDR, LGGE), Aurélien DOMMERGUE (MCF, LGGE) and Laurent MARON (HDR, LPCNO)
(Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement (LGGE) and LPCNO (Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets), INSA of Toulouse.

The polar snow is subject to a complex chemistry of mercury transformation, seeing that gaseous mercury can be dually incorporated and produced. Thus, it is both a source and a sink of mercury. The mercury in the snowpack is also in soluble form (mercury II) and can interact with organic matter. Mercury is thus chemically and photochemically stabilized and carried towards ecosystems during snowmelt.

The aim of this PhD is to understand the impact of organic matter on the lifetime of divalent mercury in the environment, especially in the snow, and to determine the molecular mechanisms of the interaction between mercury and organic matter in this environment.
We propose to determine the ratio of complexed mercury with the organic matter by measuring specifically the total mercury, the dissolved mercury, the bioavailable mercury and the organo-complexed mercury. These studies will be realized both on snow samples collected in polar and alpine areas.
Furthermore, we propose to realize in laboratory (LGGE) the kinetic studies of divalent mercury complexation with different organic products, derived from microorganisms isolated from polar and alpine snow (exopolysaccharides, monomers of natural sugars, proteins, cellular content extracted from microorganisms, and also humic acids). We also wish to study the influence of pH, light and ionic strength of the environment upon the formation of these complexes. The excreted exopolysacharides and proteins presenting high rates of complexation with mercury II will be isolated and characterized by CERMAV.
In order to complete this field and laboratory approach, it is offered to confirm those interaction results with a molecular modeling approach with Pr Laurent Maron, from the LPCNO, INSA Toulouse, France. Thus, we will study the coordination of the divalent mercury under various forms (free ion, methyl-mercury...) upon sugars or upon proteins. This study will be conducted under a theoretical point of view with methods like the Density Functional Theory. We will particularly study the influence of against ion (halide ions for example), pH (protonation of the endocyclic oxygen) or moreover, coordination competition.

This theoretical approach will allow us to identify the possible and the most relevant molecular interactions between organic matter and mercury.

Collaborations :
CERMAV : Centre d'Etudes et de Recherche sur les Macromolécules Végétales (CNRS)

IRTSV/CEA : Institut de Recherches en Technologies et Sciences pour le Vivant (CEA)

LPCMO: Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets (INSA, Univ.Paul Sabatier)

Work financed by

ANR CES

EC2CO-CYTRIX Programme Contamination des Écosystèmes polaires par le mercure

Programme Mercure-lacs Alpins: conseil général de l'Isère et conseil régional Rhône-Alpes

Encadrements actuels des personnes impliquées
Christophe FERRARI
Catherine LAROSE: Étude de la biodiversité microbienne de la neige Arctique (bourse du gouvernement canadien), 50%. 2007-2009,

Julien COURTEAUD: Bourse Normalien, Etude des évolutions atmosphériques passées en mercure élémentaire gazeux. 50%, 2008-2010,

Nicolas MARUSCZAK: Bourse président UJF, Etude de la contamination des lacs alpins par le mercure, 50%, 2008-2010.
Aurélien DOMMERGUE
Julien COURTEAUD: Bourse Normalien, Etude des évolutions atmosphériques passées en mercure élémentaire gazeux. 50%, 2008-2010.
Laurent MARON