Alain Manceau

Alain Manceau , nacido el 19 de septiembre de 1955, es un mineralogista ambiental y biogeoquímico francés . Su investigación se centra en la estructura y reactividad de los óxidos de hierro y manganeso nanoparticulados y los minerales arcillosos , en la química cristalina de metales estratégicos y elementos de tierras raras , y en la biogeoquímica estructural del mercurio en sistemas naturales, animales y seres humanos .

Manceau es un ex alumno del Lycée Henri IV de París y de la École Normale Supérieure de Saint-Cloud (ahora École Normale Supérieure de Lyon ). ^{[ 1 ]} Obtuvo la agregación en ciencias naturales en 1981, luego su doctorado en 1984 en la Universidad París VII (actualmente Université Paris Cité ) bajo la dirección de George Calas . ^{[ 2 ]} Pasó toda su carrera académica en el Centro Nacional Francés de Investigación Científica (CNRS), primero como investigador asociado desde 1984, luego como director de investigación desde 1993 hasta 2022. ^{[ 1 ]} Desde 1984 hasta 1992, trabajó en el Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie (IMPMC) en París, ^{[ 3 ]} y desde 1993 hasta 2022 en el Institut des Sciences de la Terre (ISTerre) de la Universidad Grenoble Alpes . Fue nombrado investigador emérito del CNRS en la ENS-Lyon en 2022, ^{[ 4 ]} y científico investigador en el European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) en 2023. ^{[ 5 ]} En 1997, fue profesor visitante en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign , y luego profesor adjunto hasta 2001. ^{[ 1 ]} Fue profesor visitante en la Universidad de California, Berkeley de 2001 a 2002. ^{[ 1 ]}

Mineralogía ambiental y geoquímica

Los minerales desempeñan un papel fundamental en el ciclo biogeoquímico de los elementos en la superficie terrestre, almacenándolos y liberándolos a medida que experimentan precipitación , crecimiento cristalino y disolución en respuesta a procesos químicos y biológicos. La investigación de Manceau en este campo se centra en la estructura de minerales desordenados ( arcillas , óxidos de hierro ( Fe ) y manganeso ( Mn ), incluyendo ferrihidrita y birnessita ), en las reacciones químicas en su superficie en contacto con soluciones acuosas y en la cristaloquímica de metales traza en estas fases.

En 1993, en colaboración con Victor Drits, estableció un modelo estructural para la ferrihidrita basado en el modelado del patrón de difracción de rayos X. ^{[ 6 ]} Este modelo fue confirmado en 2002 mediante el refinamiento de Rietveld del patrón de difracción de neutrones , ^{[ 7 ]} y en 2014 mediante la simulación de la función de distribución de pares medida por dispersión de rayos X de alta energía . ^{[ 8 ]}

En 1997, él y Victor Drits lideraron la síntesis y resolución de la estructura de la birnessita hexagonal y monoclínica , y demostraron en 2002 que la forma monoclínica posee una distorsión triclínica . ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} La forma hexagonal prevalece en la superficie terrestre y debe su fuerte reactividad química a la existencia de sustituciones heterovalentes Mn ⁴⁺ -Mn ³⁺ -Mn ²⁺ y vacantes de Mn ⁴⁺ en la capa de MnO _2. Los pares redox Mn ⁴⁺ -Mn ³⁺ y Mn ³⁺ -Mn ²⁺ confieren a este material propiedades de oxidación-reducción utilizadas en catálisis , electroquímica y en la transferencia de electrones durante la fotodisociación del agua por el fotosistema II , ^{[ 12 ]} mientras que las vacantes son sitios privilegiados para la adsorción de cationes. Ha caracterizado y modelado varias reacciones químicas que ocurren en la interfaz birnessita - agua , incluidas las de complejación de metales de transición ( ^Ni , Cu , Zn , Pb , Cd ... ⁾ , y oxidación de As³⁺ a As⁵⁺ , ^Co²⁺ a Co³⁺ , ^{[ 13 ] [ 14 ]} y Tl⁺ a Tl³⁺ . ^{[ 15 ]} La captación oxidativa de cobalto ^en la birnessita conduce a su enriquecimiento mil millones de veces mayor en los depósitos marinos de ferromanganeso en ^comparación con ^el agua de mar . ^{[ 16 ]}

De 2002 a 2012, aplicó la base de conocimientos adquirida sobre la química cristalina de metales traza y los procesos biogeoquímicos en superficies minerales y la interfaz raíz-suelo ( rizosfera ) a la fitorremediación de suelos y sedimentos contaminados y sitios mineros abandonados. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} Contribuyó a mejorar el proceso Jardins Filtrants® (Jardines Filtrantes) para el tratamiento de aguas residuales y matrices sólidas mediante fitolixiviación, fitoextracción y rizofiltración desarrollado por la empresa Phyto r estore .

En 2022, extendió su investigación sobre la química cristalina de metales traza a los procesos responsables del enriquecimiento de 10⁶ a 10⁹ veces de elementos de tierras raras estratégicos ⁽ REE ⁾ y elementos sensibles a la oxidación-reducción ( cerio , talio , platino ) en depósitos marinos en relación con el agua de mar . Los REE están asociados con fluorapatita en sedimentos marinos , ^{[ 20 ]} mientras que los metales redox son eliminados oxidativamente por birnessita en nódulos y costras de manganeso. ^{[ 21 ]}

Biogeoquímica estructural del mercurio

El mercurio (Hg) es un contaminante global generado tanto por fuentes naturales, como erupciones volcánicas e incendios forestales , como por actividades humanas, como la combustión de carbón, la minería de oro y la incineración de residuos industriales. En las cadenas alimentarias acuáticas y terrestres , el mercurio se acumula como metilmercurio (MeHg), una potente toxina que afecta el funcionamiento del cerebro y el sistema reproductivo de animales y humanos. Comprender los procesos internos de desintoxicación del MeHg en los organismos vivos es fundamental para proteger la vida silvestre y a los seres humanos , y para diseñar tratamientos contra la intoxicación por mercurio .

En 2015, Manceau dirigió estudios fundamentales sobre la biogeoquímica estructural del mercurio en bacterias , plantas , animales y humanos utilizando espectroscopia de absorción de rayos X en el ESRF . En 2021, descubrió que el zampullín de Clark ( Aechmophorus clarkii ) ^{[ 22 ]} y el charrán de Forster ( Sterna forsteri ) ^{[ 24 ]} de California, el petrel gigante del sur ( Macronectes giganteus ) ^{[ 23 ]} y el págalo polar del sur ( Stercorarius maccormicki ) ^{[ 24 ]} del Océano Austral , el marlín azul del Indo-Pacífico ( Makaira mazera ) ^{[ 25 ]} de la Polinesia Francesa y las ballenas piloto de aleta larga ^{[ 26 ]} varadas en las costas de Escocia y las Islas Feroe , desintoxican el complejo orgánico de metilmercurio - cisteína (MeHgCys) en el complejo inorgánico de mercurio- selenocisteína (Hg(Sec) ₄ ). En 2025, extendió este resultado a los pingüinos emperador de la Antártida ^{[ 27 ]} y al atún rojo del Atlántico . ^{[ 28 ]}

Este conjunto de trabajos arrojó luz sobre cómo las aves , los cetáceos y los peces logran deshacerse de la toxicidad del metilmercurio . La desmetilación del complejo MeHgCys a Hg(Sec) ₄ y HgSe inorgánico muy poco soluble es catalizada por la selenoproteína P (SelP) dentro de la cual se nuclean cúmulos de Hg _x (Sec,Se) _y que crecen, probablemente por autoensamblaje de proteínas mercuriales como es común en los procesos de biomineralización , para formar finos cristales inertes y no tóxicos de seleniuro de mercurio (HgSe).

La nueva especie Hg(Sec) ₄ identificada por Manceau y sus colaboradores fue el principal "intermediario faltante" en la reacción química que ayuda a los animales a sobrevivir a altos niveles de mercurio . Sin embargo, debido a que Hg(Sec) ₄ tiene una relación molar de selenio a mercurio de 4:1, se requieren cuatro átomos de selenio para desintoxicar solo un átomo de mercurio . Por lo tanto, Hg(Sec) ₄ agota severamente la cantidad de selenio biodisponible . La deficiencia de selenio puede afectar la función del cerebro y el sistema reproductivo de los animales , ya que las selenoproteínas cumplen funciones antioxidantes críticas en el cerebro y los testículos . ^{[ 29 ]} Sus trabajos sobre el antagonismo Hg-Se le valieron el premio ES&T 2021 al mejor artículo .

La reacción de desmetilación por etapas MeHgCys → Hg(Sec) ₄ + HgSe va acompañada del fraccionamiento de los isótopos ²⁰² Hg y ¹⁹⁸ Hg , denominado δ ²⁰² Hg. El fraccionamiento δ ²⁰² Hg medido en tejidos animales completos (δ ²⁰² Hg _t ) es la suma de los fraccionamientos de las especies MeHgCys, Hg(Sec) ₄ y HgSe, ponderados por su abundancia relativa:

    δ ²⁰² Hg _t =${\textstyle \sum }$f (Sp _i ) _t × δ ²⁰² Sp _i

donde δ ²⁰² Sp _i es el fraccionamiento de cada especie química, y f (Sp _i ) su abundancia relativa, o fracción molar. Manceau y sus coautores encontraron que δ ²⁰² Sp _i se puede obtener mediante la inversión matemática de datos isotópicos macroscópicos y espectroscópicos microscópicos. ^{[ 26 ] [ 30 ]}

La combinación de datos isotópicos y espectroscópicos en aves y cetáceos reveló que el metilmercurio dietético y el complejo Hg(Sec) _{₄ -SelP se distribuyen a todos los tejidos (} hígado , riñón , músculo esquelético , cerebro ) a través del sistema circulatorio , con una jerarquía en el porcentaje tisular de cada especie. La mayor parte del proceso de desintoxicación se lleva a cabo en el hígado , mientras que el cerebro , particularmente sensible a los efectos neurotóxicos del mercurio , se distingue de otros tejidos por una baja concentración de mercurio y una alta proporción de HgSe inerte. Estos resultados parecen ser extrapolables a los humanos . ^{[ 31 ]}

Manceau ha publicado más de 200 artículos científicos en revistas del Science Citation Index, que suman más de 24 000 citas y un índice h superior a 90. ^{[ 32 ]} En 2020, ocupó el puesto 111 de un total de 70 197 investigadores en Geoquímica/Geofísica en un estudio bibliométrico realizado por científicos de la Universidad de Stanford basado en la base de datos Elsevier Scopus. ^{[ 33 ]}

• 1989, Medalla de Bronce, Centro Nacional Francés de Investigación Científica (CNRS)
• 2002, Miembro de la Sociedad Mineralógica de América (MSA). ^{[ 34 ]}
• 2003, Conferencia Brindley, Sociedad de Minerales Arcillosos (CMS). ^{[ 35 ]}
• 2006, Conferencia George Brown, Sociedad Mineralógica de Gran Bretaña e Irlanda (MinSoc). ^{[ 36 ]}
• 2010, Medalla de Plata, Centro Nacional Francés de Investigación Científica (CNRS).
• 2011, Beca EcoX Équipex . ^{[ 37 ]}
• 2022, Miembro electo de la Academia Europaea . ^{[ 38 ]}
• 2022, Beca Avanzada del Consejo Europeo de Investigación . ^{[ 39 ]}
• 2022, Premio ES&T 2021 al mejor artículo. ^{[ 40 ]}
• 2023, Medalla Léon Lutaud Price y Georges Millot, Academia de Ciencias (Francia) . ^{[ 41 ]}

• Fitotecnología en el presente y el futuro: soluciones para suelos y aguas contaminados.
• De la Antártida a California  : cómo las aves desintoxican el mercurio.
• Desintoxicación de metilmercurio en la fauna silvestre: nuevos hallazgos a partir de HERFD-XANES e isótopos estables.