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Application of ToF-SIMS for sulfur isotopic fractionation in sulfide phases of iron corrosion layers: determination of bacterial impact on the formation of these phases

Authors :
Mercier-Bion, Florence
Nuns, Nicolas
Neff, Delphine
Urios, Laurent
Jean-Paul, Gallien
Refait, Philippe
Remazeilles, Céline
Jeannin, Marc
Sabot, René
Dillmann, Philippe
Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (LAPA - UMR 3685)
Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685)
Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Michel Eugène Chevreul - FR 2638 (IMEC)
Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux (IPREM)
Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur pour l'Environnement - UMR 7356 (LaSIE)
La Rochelle Université (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Université d'Artois (UA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Centrale Lille Institut (CLIL)
Université de La Rochelle (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Chevreul FR2638
Université de Lille, Sciences et Technologies-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Centrale de Lille-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Lille (ENSCL)-Université d'Artois (UA)-Université de Lille, Droit et Santé
Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur pour l'Environnement (LaSIE)
Source :
EuroCorr 2019, EuroCorr 2019, Sep 2019, Seville, Spain
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

International audience; To a better understanding of the iron corrosion mechanisms, it is crucial to elucidate the role of bacteria. Thus, in order to have a diagnosis of the action of bacteria in the iron corrosion, the objective of this study is to determine by ToF-SIMS the isotopic sulfur fractionation δ 34 S in iron sulfides of (sub)micrometric size located in the corrosion product layers of the ferrous objects corroded in anoxic soils and marine environment. These iron sulfides may have two origins: an abiotic origin resulting in the dissolution/reprecipitation of sulfides from the surrounding medium (for example from pyrite in a soil) or a biotic origin by the action of the sulfate-reducing bacteria that reduce sulfate ions into sulfides leading to the formation of iron sulfides with ferrous ions issued from the aqueous dissolution of metal iron. A difference in the isotopic sulfur fractionation δ 34 S in the sulfur phases according to the abiotic or biotic origin of these phases is reported in the literature. Thus in this study, the isotopic sulfur fractionation δ 34 S in the iron sulfides formed in the corrosion product layers of iron was determined to identify the formation origin of these phases and the role of bacteria in the iron corrosion. After characterization of the distribution of the different iron sulfides within the layers (optical microscopy, SEM-EDS, μRaman spectroscopy), the local isotopic fractionation of sulfur is measured by the imaging and spectroscopy ToF-SIMS technique. Some important results have been obtained. First of all, the reproducibility and the accuracy of the method were established by the choice and the validation of a hydrothermal pyrite sample calibrated relatively to the international sulfur isotopic standard Canon Diablo Troilite. Secondly, it was observed that there was no or little variation in the isotopic sulfur fractionation δ 34 S with the degree of oxidation of sulfur. Finally, a noticeable difference in the isotopic sulfur fractionation δ 34 S between iron sulfides formed in laboratory under abiotic or biotic conditions was evidenced: δ 34 S is close to 0 in abiotic conditions whereas in biotic conditions it is shifted from 0 with values up to up to some tens per mil. These first results being promising, the study is actually in progress to determine the formation origin (abiotic/biotic) of the Fe-S present in the corrosion product layers of natural systems of iron corrosion, from soils, subaquatic and marine environments.

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Journal :
EuroCorr 2019, EuroCorr 2019, Sep 2019, Seville, Spain
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..3c14068c85790ded1bb48f64f1943ae5