Mécanismes d’adsorption des métaux sur les phyllomanganates

Parallèlement, les mécanismes structuraux d’adsorption de métaux de transition (Co, Zn, Pb, Cu) sur la birnessite obtenue selon le protocole de Giovanoli et al. (1970) ont été étudiés afin de mieux caractériser la réactivité de surface de ces phases. Cette étude, combinant diffraction des rayons X et des électrons et spectroscopie EXAFS et réalisée à des concentrations variées en éléments métalliques, a permis de décrire les différents sites d’adsorption de ces éléments dans l’espace interfoliaire de ces minéraux. Ce travail a également permis de caractériser les modifications structurales induites et de mettre en lumière l’extrême hétérogénéité structurale de ces minéraux.
L’intégration de l’ensemble de ces données conduit à une meilleure compréhension microscopique du comportement macroscopique des cations en présence de ces matériaux minéraux mal organisés. L’intérêt prédictif d’un tel modèle est clair, en particulier pour les problèmes environnementaux liés à la rétention de polluants métalliques puisque ces minéraux contrôlent, au moins pour partie, le devenir de ces éléments dans le milieu naturel. La figure 2 montre en effet que dans les sols contaminés par les émissions anthropiques résultant de la métallurgie des métaux non ferreux Zn est associé à Mn pour une large part. Il faut cependant noter que dans les zones où il est le plus concentré Zn est généralement associé à Fe.

Fig. 2 : Distribution spatiale de Mn et Zn dans un nodule manganifère provenant d’un horizon de sol contaminé par les émissions atmosphériques d’une ancienne fonderie Pb-Zn (Mortagne du Nord, France). Données obtenues avec une résolution micrométrique par micro-fluorescence des rayons X sur source synchrotron (d’après Manceau et al., 2000)1.

La spectroscopie d’absorption des rayons X a permis de montrer que dans les zones où Mn et Zn sont associés, la spéciation de Zn est similaire à celle observée pour les échantillons de birnessite synthétique sur lesquels ont été adsorbées de faibles quantités de cet élément (Fig. 3). Zn est alors uniquement présent en coordination tétraédrique à l’aplomb de lacunes foliaires (Fig. 3)

Fig. 3 : Fonctions de distribution radiale obtenues au seuil K de Zn dans les zones d’association Zn-Mn du nodule manganifère montré sur la figure 2 (rouge) et sur une birnessite synthétique après adsorption de Zn (bleu). Les deux fonctions sont similaires et indiquent que Zn est essentiellement présent à l’aplomb de lacunes foliaires en coordination tétraédrique (à droite - d’après Manceau et al., 2000, 2002)1.


1 Manceau et al. (2000) Amer. J. Science, 300, 289-343. Manceau et al. (2002) Geochim. Cosmochim. Acta, 66, 2639-2663.
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