Une étude de l'université Northwestern révèle que la ferrihydrite, un minéral d'oxyde de fer courant, capture et stocke le carbone plus efficacement que ne le laissait supposer auparavant en raison de ses charges de surface hétérogènes. Ce minéral utilise plusieurs mécanismes de liaison pour retenir des molécules organiques diverses, contribuant au rôle du sol comme principal puits de carbone. Ces résultats expliquent comment les sols préservent de vastes quantités de carbone à long terme, aidant les efforts climatiques.
Des scientifiques de l'université Northwestern ont percé les secrets chimiques derrière la capacité de la ferrihydrite à enfermer le carbone dans les sols. Ce minéral d'oxyde de fer, souvent semblable à la rouille, présente une surface avec un patchwork nanométrique de charges positives et négatives, lui permettant de lier solidement une variété de composés organiques. La recherche, dirigée par Ludmilla Aristilde, professeure d'ingénierie civile et environnementale, a examiné les interactions de la ferrihydrite avec les organiques des sols à l'aide de modélisation moléculaire, de microscopie à force atomique et de spectroscopie infrarouge. Malgré sa charge positive globale, la surface du minéral comprend des régions des deux charges, permettant des attractions envers des molécules aux propriétés négatives, positives ou neutres. Par exemple, les acides aminés chargés positivement s'attachent aux zones négatives, tandis que les chargés négativement se lient aux régions positives. Les ribonucléotides forment des liaisons électriques initiales qui se renforcent en liens chimiques avec des atomes de fer, et les sucres se connectent par liaisons hydrogène. «Les minéraux d'oxyde de fer sont importants pour contrôler la préservation à long terme du carbone organique dans les sols et les sédiments marins », a déclaré Aristilde. Elle a souligné que comprendre ces mécanismes est crucial pour le cycle global du carbone, car ils empêchent la matière organique de se transformer en gaz à effet de serre. Les sols contiennent environ 2 500 milliards de tonnes de carbone, deuxièmes après les océans, les oxydes de fer représentant plus d'un tiers de ce stockage. La ferrihydrite, courante près des racines des plantes et dans les sédiments riches en organiques, joue ainsi un rôle clé dans le maintien du carbone sous terre pendant des décennies ou des siècles. L'étude, publiée dans Environmental Science & Technology en 2025, fournit un cadre quantitatif pour les associations minéral-organique. Aristilde a noté : « Il est bien documenté que la charge globale de la ferrihydrite est positive dans des conditions environnementales pertinentes... Notre travail illustre que c'est la somme des charges négatives et positives distribuées sur la surface. » Les recherches futures exploreront les transformations post-liaison, déterminant quels composés résistent à la dégradation microbienne. Ce travail, soutenu par le Département de l'Énergie des États-Unis, met en lumière l'adaptabilité des minéraux dans la séquestration du carbone.