Characterisation and determination of the bio-origin of iron sulphides in anoxic corrosion systems thanks to isotopic analyses by nanoSIMS

Détermination de la bio-origine des sulfures de fer présents dans les systèmes de corrosion anoxiques par analyse de la composition isotopique du soufre en nanoSIMS

Sophie Grousset (1, 2, 3) , Smaïl Mostefaoui (4) , Camille Chautard (5) , Alexandre Dauzères (3) , Didier Crusset (2) , Valérie Deydier (2) , Yannick Linard (2) , Philippe Dillmann (1, 6) , Florence F. Mercier-Bion (1, 6) , Delphine D. Neff (1, 6)

1 LAPA - UMR 3685 - Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération
2 ANDRA - Agence Nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs
3 IRSN/PSE-ENV/SEDRE/LETIS - Laboratoire d'étude et de recherche sur les transferts et les interactions dans les sous-sols
4 IMPMC - Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
5 IRSN/PRP-DGE/SEDRAN/BERIS - Bureau d'Expertise et de Recherche sur les Installations de Stockage
6 IRAMAT - LMC - IRAMAT - Laboratoire Métallurgies et Cultures

Characterisation and determination of the bio-origin of iron sulphides in anoxic corrosion systems thanks to isotopic analyses by nanoSIMS. This study is devoted to the determination of the bacterial or inorganic origin of iron sulphides formed during anoxic corrosion processes by sulfur isotopic composition analyses. Broadly, these analyses are realized by IRMS on dissolved sulphides and sulphates. Yet in this study, surface local isotopic analyses are realized by nanoSIMS in order to preserve the information about the corrosion products’ localization. Two kinds of samples are studied: a sample (CBCC) corroded during 13 months in controlled laboratory conditions; and one archeological sample corroded during about 2000 years in not very well known conditions. When the corrosion system is perfectly well known, as for the CBCC sample, the local isotopic analyses by nanoSIMS actually enable to conclude on the (bio-)origin of the iron sulphides observed. However, when the isotopic composition of the sulphate’s source is unknown, as for the archeological sample, the origin of iron sulphides cannot always be determined.

Cette étude est consacrée à la détermination de l'origine biotique ou abiotique de sulfures de fer formés au cours de processus de corrosion anoxiques par l'analyse de la composition isotopique du soufre. Usuellement ces analyses sont réalisées par IRMS (Isotopic Ratio Mass Spectrometry) sur des sulfures et des sulfates préalablement dissous. Dans cette étude, en revanche, une nouvelle approche est utilisée, basée sur des analyses isotopiques locales de surface réalisées en nanoSIMS afin de conserver l'information sur la localisation des produits de corrosion. Deux types d'échantillons ont été étudiés : un échantillon (CBCC) corrodé pendant 13 mois en conditions contrôlées, et un échantillon archéologique corrodé pendant environ 2000 ans dans des conditions mal connues. Lorsque le système de corrosion est parfaitement connu, tel que le cas de l'échantillon CBCC, l'analyse isotopique locale par nanoSIMS permet effectivement de conclure sur la (bio-)origine des liserés de sulfures de fer formés. En revanche, lorsque la composition isotopique de la source de sulfates est inconnue, comme dans le cas de l'échantillon archéologique, il n'est pas toujours possible de conclure sur l'origine des sulfures de fer observés.

Mots clés: Bacteria; Iron sulphide; NanoSIMS; Sulphur isotopic fractionation; Anoxic corrosion

Domaines: Matériaux; Chimie

Sophie Grousset, Smaïl Mostefaoui, Camille Chautard, Alexandre Dauzères, Didier Crusset, et al.. Détermination de la bio-origine des sulfures de fer présents dans les systèmes de corrosion anoxiques par analyse de la composition isotopique du soufre en nanoSIMS. Matériaux & Techniques, 2017, 104, pp.509. ⟨10.1051/mattech/2016039⟩. ⟨cea-01634492⟩