Chapitre I : Synthèse bibliographique
10
E- La fermentation méthanique :
Ce processus ne se développe que suite à une catalyse biologique et dans des conditions
géochimiques particulières dans le sédiment.
Le méthane apparait dans les eaux interstitielles sous l’interface oxique/anoxique.
La fermentation peut être décrite de la manière suivante :
2CH 2 O(s) → CO 2 + CH 4 (ΔG°= -58 kJ.mol
-1
)
Ces diverses zones d’oxydo-réduction ont des limites irrégulières et complexes et non pas
strictement horizontales. Plusieurs réactions peuvent intervenir à une même profondeur dans le
sédiment (Curtis, 1995). Dans les sédiments marins, les zones de réduction du sulfate et de
méthanogènes sont les plus étendues, en raison de la concentration élevée du sulfate dans l’eau
de mer (Claypool et Kaplan, 1974). Des bactéries sulfato-réductrices et méthanogènes ont ainsi
été trouvées dans les sédiments de tous les océans du globe (D’Hondt et al, 2004), jusqu’à des
profondeurs d’au moins 800 m pour ces dernières (Zink et al, 2003).
Par exemple, dans les estuaires, la zone oxique ne représente que quelques centimètres alors que
dans les océans elle peut dépasser 15 cm ou être absente (Schulz and Zabel, 2000).
Au fur et à mesure de l’enfouissement des sédiments l’activité bactérienne devient moins
importante. La diagenèse des sédiments ralentit au point où les sédiments sont considérés comme
inertes (Hendry, 2002 ; Potter et al, 2005).
1-4-1-2-3 Réactions secondaires
Ces différentes réactions diagénétiques engendrent de forts gradients redox dans la colonne
sédimentaire qui induisent des flux diffusifs et des réactions secondaires d’oxydation réduction
des produits des réactions de la dégradation de la matière organique. C’est le cas notamment de
la réoxydation des espèces réduites produites dans les zones anoxiques lorsqu’elles diffusent vers
la couche oxique : l’ammonium libéré lors la réaction de dénitrification dans la phase dissoute
peut diffuser vers la zone oxique où il est réoxydé en NO 3
-
; les ions Mn
+2
et Fe
+2
, issus de la
réduction des (hydr)oxydes de manganèse et de fer, qui diffusent vers la zone oxique sont
réoxydés et reprécipitent sous forme d’(hydr)oxydes ; les sulfures peuvent se ré-oxyder avec les
nitrates ; les oxydes peuvent reprécipiter, à partir du moment où il y a apport d’électrons.
Les principales réactions secondaires impliquant les produits des réactions primaires sont les
suivantes :
Production de nitrate par nitrification (Hyacinthe et al, 2001) :
NH 4 + + 2 O 2
NO 3
-
+ 2 H
+
+ H 2 O
Oxydation de Fe2+ avec l’oxygène (Hyacinthe et al, 2001):
4 Fe 2 + + O 2
+
10 H 2 O 4 Fe (OH) 3 + 8 H
+
Oxydation de Mn2+ avec l’oxygène (Hyacinthe et al, 2001):
2 Mn
+2
+ O 2 + H 2 O 2 MnO 2 + 4 H
+
Oxydation de Mn2+ avec les nitrates (Luther III et al, 1997):
5 Mn
+2
+ 2 NO 3
-
+ 4 H 2 O 5 MnO 2 + N 2 + 8 H
+
Oxydation de Fe2+ avec les nitrates (Luther III et al, 1997):
5 Fe
+2
+ NO 3
-
+ 10 H 2 O 5 Fe (OH) 3 + 1/2 N 2 + 9 H
+
Oxydation de Fe2+ avec les oxydes de Mn (Myers and Nealson, 1988):
2 Fe
+2
+ MnO 2 + 4 H 2 O 2 Fe (OH) 3 + Mn
+2
+ 2 H
+
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E- La fermentation méthanique :
Ce processus ne se développe que suite à une catalyse biologique et dans des conditions
géochimiques particulières dans le sédiment.
Le méthane apparait dans les eaux interstitielles sous l’interface oxique/anoxique.
La fermentation peut être décrite de la manière suivante :
2CH 2 O(s) → CO 2 + CH 4 (ΔG°= -58 kJ.mol
-1
)
Ces diverses zones d’oxydo-réduction ont des limites irrégulières et complexes et non pas
strictement horizontales. Plusieurs réactions peuvent intervenir à une même profondeur dans le
sédiment (Curtis, 1995). Dans les sédiments marins, les zones de réduction du sulfate et de
méthanogènes sont les plus étendues, en raison de la concentration élevée du sulfate dans l’eau
de mer (Claypool et Kaplan, 1974). Des bactéries sulfato-réductrices et méthanogènes ont ainsi
été trouvées dans les sédiments de tous les océans du globe (D’Hondt et al, 2004), jusqu’à des
profondeurs d’au moins 800 m pour ces dernières (Zink et al, 2003).
Par exemple, dans les estuaires, la zone oxique ne représente que quelques centimètres alors que
dans les océans elle peut dépasser 15 cm ou être absente (Schulz and Zabel, 2000).
Au fur et à mesure de l’enfouissement des sédiments l’activité bactérienne devient moins
importante. La diagenèse des sédiments ralentit au point où les sédiments sont considérés comme
inertes (Hendry, 2002 ; Potter et al, 2005).
1-4-1-2-3 Réactions secondaires
Ces différentes réactions diagénétiques engendrent de forts gradients redox dans la colonne
sédimentaire qui induisent des flux diffusifs et des réactions secondaires d’oxydation réduction
des produits des réactions de la dégradation de la matière organique. C’est le cas notamment de
la réoxydation des espèces réduites produites dans les zones anoxiques lorsqu’elles diffusent vers
la couche oxique : l’ammonium libéré lors la réaction de dénitrification dans la phase dissoute
peut diffuser vers la zone oxique où il est réoxydé en NO 3
-
; les ions Mn
+2
et Fe
+2
, issus de la
réduction des (hydr)oxydes de manganèse et de fer, qui diffusent vers la zone oxique sont
réoxydés et reprécipitent sous forme d’(hydr)oxydes ; les sulfures peuvent se ré-oxyder avec les
nitrates ; les oxydes peuvent reprécipiter, à partir du moment où il y a apport d’électrons.
Les principales réactions secondaires impliquant les produits des réactions primaires sont les
suivantes :
Production de nitrate par nitrification (Hyacinthe et al, 2001) :
NH 4 + + 2 O 2
NO 3
-
+ 2 H
+
+ H 2 O
Oxydation de Fe2+ avec l’oxygène (Hyacinthe et al, 2001):
4 Fe 2 + + O 2
+
10 H 2 O 4 Fe (OH) 3 + 8 H
+
Oxydation de Mn2+ avec l’oxygène (Hyacinthe et al, 2001):
2 Mn
+2
+ O 2 + H 2 O 2 MnO 2 + 4 H
+
Oxydation de Mn2+ avec les nitrates (Luther III et al, 1997):
5 Mn
+2
+ 2 NO 3
-
+ 4 H 2 O 5 MnO 2 + N 2 + 8 H
+
Oxydation de Fe2+ avec les nitrates (Luther III et al, 1997):
5 Fe
+2
+ NO 3
-
+ 10 H 2 O 5 Fe (OH) 3 + 1/2 N 2 + 9 H
+
Oxydation de Fe2+ avec les oxydes de Mn (Myers and Nealson, 1988):
2 Fe
+2
+ MnO 2 + 4 H 2 O 2 Fe (OH) 3 + Mn
+2
+ 2 H
+