Alain Manceau

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Alain Manceau
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c. 2015

Naissance (68 ans)
Domaines minéralogie, biogéochimie
Institutions Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
IMPMC, Paris
ISTerre, Grenoble
ENS-Lyon, Lyon
ESRF, Grenoble
Formation École normale supérieure de Saint-Cloud, aujourd'hui ENS-Lyon
Université Paris-VII, aujourd'hui université Paris-Cité
Directeur de thèse Georges Calas
Influencé par Victor Drits, Kathryn Nagy
Distinctions Médaille de bronze, CNRS
Médaille d'argent, CNRS
Prix Léon-Lutaud et médaille Georges-Millot, Académie des sciences
Site perso.ens-lyon.fr/alain.manceau/

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Alain Manceau, né le 19 septembre 1955 à Valmondois, dans le Val-d'Oise, est un minéralogiste environnemental et biogéochimiste français, connu pour ses recherches sur la structure et la réactivité des oxydes nanoparticulaires de fer et de manganèse (ferrihydrite, birnessite) et des minéraux argileux, sur la chimie cristalline des métaux stratégiques et des terres rares dans les sédiments marins, et sur la biogéochimie structurale du mercure dans les sols et sédiments, dans la matière organique naturelle, et chez les animaux (poissons, oiseaux, mammifères) et les humains[1].

Biographie[modifier | modifier le code]

Manceau est un ancien élève de l'École Saint-Martin-de-France à Pontoise, puis du lycée Henri-IV à Paris où il effectue ses classes préparatoires avant d'entrer à l'École normale supérieure de Saint-Cloud (aujourd'hui École normale supérieure de Lyon) en 1977[2]. Il obtient l'agrégation de sciences naturelles en 1981, puis son doctorat en 1984 à l'université Paris VII (aujourd'hui université Paris-Cité) sous la direction de Georges Calas[3]. Il effectue toute sa carrière académique au CNRS, d'abord comme chargé de recherche à partir de 1984, puis comme directeur de recherche de 1993 à 2022[2]. De 1984 à 1992, il travaille à l'Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie (IMMPC) à Paris[4], et de 1993 à 2022 à l'Institut des sciences de la Terre (ISTerre) de l'université Grenoble-Alpes. Il est nommé chercheur émérite CNRS à l'ENS-Lyon en 2022[5], et chercheur à l'Installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF) en 2023[6]. En 1997, il est professeur invité à l'université de l'Illinois à Urbana-Champaign, puis professeur adjoint jusqu'en 2001[2]. Il a été professeur invité à l'université de Californie à Berkeley de 2001 à 2002[2].

Travaux scientifiques[modifier | modifier le code]

Minéralogie et géochimie de l'environnement[modifier | modifier le code]

Les minéraux jouent un rôle clé dans le cycle biogéochimique des éléments chimiques à la surface de la Terre, les piégeant et les libérant dans le milieu naturel en réponse aux processus chimiques et biologiques. La recherche de Manceau dans ce domaine porte sur la structure des minéraux désordonnés (argiles, oxydes de fer et de manganèse, tels que la ferrihydrite et la birnessite), sur les réactions chimiques à leur surface au contact avec le milieu aqueux, et sur la cristallochimie des métaux traces dans ces phases.

En 1993, il établit en collaboration avec Victor Drits un modèle structural de la ferrihydrite basé sur la modélisation du diffractogramme de rayons X[7]. Ce modèle a été confirmé en 2002 par diffraction des neutrons[8], puis en 2014 par simulation de la fonction de distribution des paires (PDF) mesurée par diffraction des rayons X de haute énergie[9].

Image électronique de nanoparticules de ẟ-MnO2 vue parallèlement (a) et perpendiculairement (b) au plan de la couche[9].
Structure d'un nanofeuillet de ẟ-MnO2[9].

En 1997, il dirige avec Victor Drits la synthèse et la résolution de la structure de la birnessite hexagonale et monoclinique, puis ils ont démontré en 2002 que la forme monoclinique possède une distorsion triclinique[10],[11],[12]. La forme hexagonale prévaut à la surface de la Terre et doit sa forte réactivité chimique à l'existence de substitutions hétérovalentes Mn4+-Mn3+-Mn2+ et de lacunes Mn4+ dans le feuillet MnO2. Les couples rédox Mn4+-Mn3+ et Mn3+-Mn2+ confèrent à ce matériau des propriétés d'oxydo-réduction utilisées en catalyse, en électrochimie, et dans le transfert d'électrons lors de la photo-dissociation de l'eau par le photosystème II[13], tandis que les lacunes sont des sites privilégiés pour l'adsorption des cations. Il a caractérisé et modélisé un certain nombre de réactions chimiques se produisant à la surface de la birnessite, dont celles de complexation des métaux de transition (Ni, Cu, Zn, Pb, Cd …), et d'oxydation de As3+ en As5+ , Co2+ en Co3+[14],[15], et Tl+ en Tl3+[16]. L'adsorption oxydative du cobalt sur la birnessite conduit à son enrichissement d'un milliard de fois dans les nodules polymétalliques océaniques par rapport à l'eau de mer.

De 2002 à 2012, il applique les connaissances acquises sur la cristallochimie des métaux traces à la phytoremédiation des sols et sédiments contaminés et des sites miniers orphelins[17],[18],[19]. Manceau contribue notamment à améliorer le procédé des Jardins Filtrants® de traitement des eaux usées et des matrices solides par phytolixiviation, phytoextraction et rhizofiltration développé par la société Phytorestore.

En 2022, il étend ses recherches sur la chimie cristalline des métaux traces à l'étude des mécanismes d'enrichissement des éléments stratégiques (terres rares, thallium, platine) dans les gisements océaniques. Les terres rares sont associées à la fluorapatite dans les sédiments marins[20], tandis que les métaux rédox sont piégés par oxydo-réduction au contact de la birnessite dans les nodules et les encroûtements polymétalliques[21].

Biogéochimie structurale du mercure[modifier | modifier le code]

Site de liaison du mercure (Hg) dans la sélénoprotéine P d'un oiseau, le grèbe[22],[23].

Le mercure (Hg) est un polluant global à l'échelle planétaire, dispersé dans l'environnement par des sources naturelles, telles que les éruptions volcaniques et les incendies de forêt, et par les activités humaines, telles que la combustion du charbon, l'extraction de l'or et l'incinération des déchets industriels. Il est accumulé dans les chaînes trophiques aquatiques et terrestres sous forme de méthylmercure (MeHg), une toxine puissante qui affecte le fonctionnement du cerveau et du système reproducteur des animaux et des humains. La connaissance des processus internes de détoxication de MeHg dans les organismes vivants est essentiel pour protéger la faune sauvage et les humains, et concevoir des traitements contre l'intoxication au mercure.

Manceau conduit depuis 2015 des études fondamentales sur la biogéochimie structurale du mercure chez les bactéries, les plantes, les animaux et les humains en utilisant la spectroscopie d'émission de rayons X à l'ESRF. En 2021, il découvre que le grèbe élégant (Aechmophorus clarkii) et la sterne de Forster (Sterna forsteri) de Californie, le pétrel géant austral (Macronectes giganteus), le labbe polaire sud (Stercorarius maccormicki) de l'océan Austral, et le makaire bleu de Polynésie française détoxifient le complexe organique méthylmercure - cystéine (MeHgCys) en complexe inorganique mercure-sélénocystéine (Hg(Sec)4)[22],[23],[24],[25]. Quelques mois plus tard, il étend ce résultat au cétacé globicéphale à longues nageoires à partir de l'analyse de 89 tissus (foie, rein, muscle, cœur, cerveau) de 28 individus échoués sur les côtes d'Écosse et des îles Féroé[26].

Ces recherches mettent en lumière la manière dont les oiseaux, les cétacés et les poissons détoxifient le méthylmercure. La déméthylation du complexe MeHgCys en Hg(Sec)4 est catalysée par la sélénoprotéine P (SelP) au sein de laquelle nucléent des clusters de Hgx(Sec,Se)y qui ensuite croissent probablement par auto-assemblage de SelP mercurées, comme cela est courant dans les processus de biominéralisation, pour in fine former des cristaux de séléniure de mercure (HgSe), inertes et non toxiques.

Le complexe Hg(Sec)4-SelP était le principal « chaînon manquant » dans la réaction chimique qui permet aux animaux de survivre à des teneurs élevées en mercure. Cependant, comme Hg(Sec)4 a un rapport molaire sélénium/mercure de 4:1, quatre atomes de sélénium sont nécessaires pour détoxifier un seul atome de mercure. Ainsi, le composé Hg(Sec)4 épuise de manière significative la quantité de sélénium biodisponible. Une carence en sélénium peut avoir des répercussions sur le fonctionnement du cerveau et du système reproducteur des animaux car les sélénoprotéines interviennent dans les réactions antioxydantes du cerveau et des testicules[27]. Ses travaux sur l'antagonisme Hg-Se lui ont valu le ES&T 2021 Best Paper Award.

Toujours en 2021, il montre que la réaction de déméthylation MeHgCys → Hg(Sec)4 + HgSe s'accompagne du fractionnement des isotopes 202Hg et 198Hg, notés ẟ202Hg. Le fractionnement ẟ202Hg mesuré sur un tissu animal (ẟ202Hgt ) est la somme des fractionnements des espèces MeHgCys, Hg(Sec)4 et HgSe qu'il contient, pondérée par leur abondance relative :

ẟ202Hgt = f(Spi)t × ẟ202Spi

où ẟ202Spi est le fractionnement de chaque espèce chimique, et f(Spi) leur abondance relative, ou fraction molaire. Manceau et ses collaborateurs ont montré que ẟ202Spi peut être obtenu par inversion mathématique des données spectroscopiques et isotopiques[26],[28].

Les résultats croisés de ces deux techniques sur les oiseaux et cétacés indiquent que le méthylmercure alimentaire et le complexe Hg(Sec)4-SelP sont distribués dans tout l'organisme via le système circulatoire avec cependant une hiérarchie dans le pourcentage tissulaire de chaque espèce. L'essentiel du processus de détoxication est effectué par le foie, tandis que le cerveau, particulièrement sensible aux effets neurotoxiques du mercure, se distingue des autres tissus par une faible concentration en mercure et une forte proportion de HgSe inerte. Ces résultats semblent transposables à l'espèce humaine[29].

Publications[modifier | modifier le code]

Alain Manceau a publié plus de 200 articles scientifiques totalisant plus de 24 000 citations (indice h ≥ 90). En 2020, il a été classé 111e sur un total de 70 197 chercheurs en géochimie/géophysique dans une étude bibliométrique réalisée par l'université Stanford avec la base de données Elsevier Scopus[30].

Récompenses et honneurs[modifier | modifier le code]

Vidéos[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. ↑ « Lauréats 2023 des prix thématiques | Lauréats | Prix et médailles | Encourager la vie scientifique », sur www.academie-sciences.fr (consulté le )
  2. ↑ a b c et d « Academy of Europe: Manceau Alain », sur www.ae-info.org (consulté le )
  3. ↑ « Alain Manceau | Ph.D. supervisor » (consulté le )
  4. ↑ « Alain Manceau |IMPMC » (consulté le )
  5. ↑ « Alain Manceau |ENS Lyon » (consulté le )
  6. ↑ « Alain Manceau | ESRF » (consulté le )
  7. ↑ (en) V. A. Drits, B. A. Sakharov, A. L. Salyn et A. Manceau, « Structural Model for Ferrihydrite », Clay Minerals, vol. 28, no 2,‎ , p. 185–207 (DOI 10.1180/claymin.1993.028.2.02, Bibcode 1993ClMin..28..185D, S2CID 11345105, lire en ligne)
  8. ↑ (en) E. Jansen, A. Kyek, W. Schafer et U. Schwertmann, « The structure of six-line ferrihydrite », Applied Physics A: Materials Science & Processing, vol. 74,‎ , s1004–s1006 (DOI 10.1007/s003390101175, Bibcode 2002ApPhA..74S1004J, S2CID 55727756, lire en ligne)
  9. ↑ a b et c (en) Alain Manceau, Matthew A. Marcus, S. Grangeon et M. Lanson, « Short-range and long-range order of phyllomanganate nanoparticles determined using high-energy X-ray scattering », Journal of Applied Crystallography, vol. 46,‎ , p. 193–209 (DOI 10.1107/s0021889812047917, S2CID 56356250, lire en ligne)
  10. ↑ (en) Victor A. Drits, Ewen Silvester, Anatoli I. Gorshkov et Alain Manceau, « Structure of synthetic monoclinic Na-rich birnessite and hexagonal birnessite; I, Results from X-ray diffraction and selected-area electron diffraction », American Mineralogist, vol. 82, nos 9–10,‎ , p. 946–961 (DOI 10.2138/am-1997-9-1012, Bibcode 1997AmMin..82..946D, S2CID 56030552, lire en ligne)
  11. ↑ (en) Ewen Silvester, Alain Manceau et Victor A. Drits, « Structure of synthetic monoclinic Na-rich birnessite and hexagonal birnessite; II, Results from chemical studies and EXAFS spectroscopy », American Mineralogist, vol. 82, nos 9–10,‎ , p. 962–978 (DOI 10.2138/am-1997-9-1013, Bibcode 1997AmMin..82..962S, S2CID 55969753, lire en ligne)
  12. ↑ (en) Bruno Lanson, Victor A. Drits, Qi Feng et Alain Manceau, « Structure of synthetic Na-birnessite: Evidence for a triclinic one-layer unit cell », American Mineralogist, vol. 87, nos 11–12,‎ , p. 1662–1671 (DOI 10.2138/am-2002-11-1215, Bibcode 2002AmMin..87.1662L, S2CID 53443294, lire en ligne)
  13. ↑ (en) Petko Chernev, Sophie Fischer, Jutta Hoffmann et Nicholas Oliver, « Publisher Correction: Light-driven formation of manganese oxide by today's photosystem II supports evolutionarily ancient manganese-oxidizing photosynthesis », Nature Communications, vol. 12, no 1,‎ , p. 419 (PMID 33436628, PMCID 7804171, DOI 10.1038/s41467-020-20868-9)
  14. ↑ (en) Alain Manceau, Victor A. Drits, Ewen Silvester et Celine Bartoli, « Structural mechanism of Co2+ oxidation by the phyllomanganate buserite », American Mineralogist, vol. 82,‎ , p. 1150–1175 (DOI 10.2138/am-1997-11-1213, S2CID 54923713, lire en ligne)
  15. ↑ (en) Alain Manceau et Stephan Steinmann, « Density functional theory modeling of the oxidation mechanism of Co(II) by birnessite », ACS Earth and Space Chemistry, vol. 6, no 8,‎ , p. 2063–2075 (DOI 10.1021/acsearthspacechem.2c00122, Bibcode 2022ESC.....6.2063M, S2CID 251086409, lire en ligne)
  16. ↑ (en) Alain Manceau et Stephan Steinmann, « Density functional theory modeling of the oxidation mechanism of Tl(I) by birnessite », ACS Earth and Space Chemistry, vol. 7, no 7,‎ , p. 1459–1466 (DOI 10.1021/acsearthspacechem.3c00103, Bibcode 2023ESC.....7.1459M, S2CID 259292146, lire en ligne)
  17. ↑ (en) Alain Manceau, M. A. Marcus et N. Tamura, « Quantitative Speciation of Heavy Metals in Soils and Sediments by Synchrotron X-ray Techniques », Reviews in Mineralogy and Geochemistry, vol. 49, no 1,‎ , p. 341–428 (DOI 10.2138/gsrmg.49.1.341, Bibcode 2002RvMG...49..341M, lire en ligne)
  18. ↑ (en) Michel Mench, Sylvie Bussière, Jolanda Boisson et Emmanuelle Castaing, « Progress in remediation and revegetation of the barren Jales gold mine spoil after in situ inactivation », Plant and Soil, vol. 249,‎ , p. 187–202 (DOI 10.1023/a:1022566431272, S2CID 1771467, lire en ligne)
  19. ↑ (en) Alain Manceau, Marie-Claire Boisset, Géraldine Sarret et Jean-Louis Hazemann, « Direct determination of lead speciation in contaminated soils by EXAFS spectroscopy », Environmental Science & Technology, vol. 30, no 5,‎ , p. 1540–1552 (DOI 10.1021/es9505154, Bibcode 1996EnST...30.1540M, lire en ligne)
  20. ↑ (en) Alain Manceau, Sophie A.L. Paul, Alexandre Simionovici et Valérie Magnin, « Fossil bioapatites with extremely high concentrations of rare earth elements and yttrium from deep-sea pelagic sediments. », ACS Earth and Space Chemistry, vol. 6, no 8,‎ , p. 2093–2103 (DOI 10.1021/acsearthspacechem.2c00169, Bibcode 2022ESC.....6.2093M, S2CID 250572338, lire en ligne)
  21. ↑ (en) Alain Manceau, Alexandre Simionovici, Nathaniel Findling et Pieter Glatzel, « Crystal chemistry of thallium in marine ferromanganese deposits. », ACS Earth and Space Chemistry, vol. 6, no 5,‎ , p. 1269–1285 (DOI 10.1021/acsearthspacechem.1c00447, Bibcode 2022ESC.....6.1269M, lire en ligne)
  22. ↑ a et b (en) Alain Manceau, Jean-Paul Bourdineaud, Ricardo B. Oliveira et Sandra L. F. Sarrazin, « Demethylation of Methylmercury in Bird, Fish, and Earthworm », Environmental Science & Technology, vol. 55, no 3,‎ , p. 1527–1534 (PMID 33476127, DOI 10.1021/acs.est.0c04948, Bibcode 2021EnST...55.1527M, S2CID 231679875, lire en ligne)
  23. ↑ a et b (en) Alain Manceau, Anne-Claire Gaillot, Pieter Glatzel et Yves Cherel, « In Vivo Formation of HgSe Nanoparticles and Hg–Tetraselenolate Complex from Methylmercury in Seabirds—Implications for the Hg–Se Antagonism », Environmental Science & Technology, vol. 55, no 3,‎ , p. 1515–1526 (PMID 33476140, DOI 10.1021/acs.est.0c06269, Bibcode 2021EnST...55.1515M, S2CID 231680173, lire en ligne)
  24. ↑ (en) Alain Manceau, Sabine Azemard, Laetitia Hédouin et Emilia Vassileva, « Chemical Forms of Mercury in Blue Marlin Billfish: Implications for Human Exposure », Environmental Science & Technology Letters, vol. 8, no 5,‎ , p. 405–411 (DOI 10.1021/acs.estlett.1c00217, Bibcode 2021EnSTL...8..405M, S2CID 234874204, lire en ligne)
  25. ↑ (en) Brett A. Poulin, Sarah E. Janssen, Tylor J. Rosera et David P. Krabbenhoft, « Isotope Fractionation from In Vivo Methylmercury Detoxification in Waterbirds », ACS Earth and Space Chemistry, vol. 5, no 5,‎ , p. 990–997 (DOI 10.1021/acsearthspacechem.1c00051, Bibcode 2021ESC.....5..990P, S2CID 233601869, lire en ligne)
  26. ↑ a et b (en) Alain Manceau, Romain Brossier et Brett A. Poulin, « Chemical Forms of Mercury in Pilot Whales Determined from Species-Averaged Mercury Isotope Signatures », ACS Earth and Space Chemistry, vol. 5, no 6,‎ , p. 1591–1599 (DOI 10.1021/acsearthspacechem.1c00082, Bibcode 2021ESC.....5.1591M, S2CID 236302944, lire en ligne)
  27. ↑ (en) Raymond F. Burk et Kristina E. Hill, « Regulation of Selenium Metabolism and Transport », Annual Review of Nutrition, vol. 35,‎ , p. 109–134 (PMID 25974694, DOI 10.1146/annurev-nutr-071714-034250, lire en ligne)
  28. ↑ (en) Alain Manceau, Romain Brossier, Sarah E. Janssen et Tylor J. Rosera, « Mercury Isotope fractionation by internal demethylation and biomineralization reactions in seabirds: Implications for environmental mercury science », Environmental Science & Technology, vol. 55, no 20,‎ , p. 13942–13952 (PMID 34596385, DOI 10.1021/acs.est.1c04388, Bibcode 2021EnST...5513942M, S2CID 238238141, lire en ligne)
  29. ↑ (en) Malgorzata Korbas, John L. O’Donoghue, Gene E. Watson et Ingrid J. Pickering, « The Chemical Nature of Mercury in Human Brain Following Poisoning or Environmental Exposure », ACS Chemical Neuroscience, vol. 1, no 12,‎ , p. 810–818 (PMID 22826746, PMCID 3400271, DOI 10.1021/cn1000765, lire en ligne)
  30. ↑ (en) John P. A. Ioannidis, Kevin W. Boyack et Jeroen Baas, « Updated science-wide author databases of standardized citation indicators », PLOS Biology, vol. 18, no 10,‎ , e3000918 (PMID 33064726, PMCID 7567353, DOI 10.1371/journal.pbio.3000918)
  31. ↑ « List of MSA fellows »
  32. ↑ « Recipients of the George W. Brindley Clay Science Lecture award »
  33. ↑ « Recipients of the George Brown Lecture award »
  34. ↑ « Equipex projects at ESRF »
  35. ↑ « Academy of Europe: Manceau Alain », www.ae-info.org
  36. ↑ « List of ERC Grantees at ESRF »
  37. ↑ (en) Julie Beth Zimmerman, Jennifer Field, Frederic Leusch et Greg Lowry, « The 2021 ES&T Best Paper Awards: Nevertheless, We Persisted », Environmental Science & Technology, vol. 56, no 22,‎ , p. 15179–15181 (ISSN 0013-936X, DOI 10.1021/acs.est.2c07931)
  38. ↑ « Prix thématiques de l'Académie des Sciences, relatifs aux Sciences de l'univers »

Liens externes[modifier | modifier le code]

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