Cycle biogéochimique de l’iode dans nos aquariums récifaux

L'article sera plus axé sur les différents processus de transformation chimique de l’iode que sur les généralités qui ont déjà été largement relatées précédemment dans la littérature aquariophile. Ainsi, nous allons suivre l’odyssée de cet élément chimique dans nos récifs. Une bonne connaissance de ces mécanismes va nous permettre de mieux comprendre le phénomène d’accumulation des iodates et l’influence que des dispositifs tels que les stérilisateurs UV, les ozoniseurs ou encore les réacteurs à hydroxyde peuvent avoir sur ceux-ci.

1. L'iode

C’est un élément du tableau périodique dont le numéro atomique est 53. Il appartient à la famille des halogènes comme le fluor, le brome, le chlore. Bien qu’étant moins réactif que les autres halogènes il reste un élément oxydant. On va principalement le retrouver sous 3 formes inorganiques : iodure (I^-), diiode (I₂), iodate (IO₃^-).

2. Dismutation de l’iode

C’est une réaction chimique dans laquelle un atome ou un groupe fonctionnel, se trouve après réaction sous forme de 2 espèces différentes, l’une oxydée et l’autre réduite. Dans le cas du diiode, sa forme oxydée est l’iodate (état d’oxydation +5) et sa forme réduite est l’iodure (état d’oxydation -1). Cette capacité à dismuter dans le milieu aqueux est essentiellement tributaire du pH et du potentiel redox. Sur le tableau de Pourbaix ci-dessous, vous pouvez voir que pour un pH de 8,2 et un redox de 400 mV (paramètres communs de nos bacs), la dismutation se fait en faveur de l’iodure (I^-). Si le pH et le potentiel redox augmentent la dismutation dans cette réaction à l’équilibre va se faire en faveur des iodates au détriment des iodures. La dismutation de l’iode est un mécanisme qui peut être spontané ou bio-catalysé..

3. Cycle biogéochimique de l’iode

Pour bien vous faire comprendre les mécanismes du cycle biogéochimique de l’iode qui regroupe comme le nom l’indique les processus biologiques, de recyclage des sédiments et chimiques, nous allons effectuer une expérience de pensée. Chaque réaction est numérotée et vous pourrez suivre en même temps sur le schéma et dans le texte les différentes étapes de transformation.

Expérience de pensée

Vous avez reçu votre test ICP et celui-ci confirme une carence en iode (le test ICP va vous donner une indication sur l’iode total). Vous décidez de supplémenter ce manque par de l’iodure de potassium. Que se passe-t-il ?

Regardons le schéma ci-dessous et démarrons dans le sens antihoraire.

3I₂ + 6OH → 5I^- + IO₃^- - 3H₂O

1. La molécule d’iodure de potassium va directement se décomposer en ions I- et K+. Certains ions I- vont rester en l’état et d’autres vont s’oxyder sous forme de diiode (I₂). Cette réaction va se faire sous l’action de la lumière (photo-oxydation), de composés oxydants comme l’ozone (O₃) ou de manière biologique grâce à l’alpha-protéobactérie. Cette réaction n’est pas spontanée.
2. L’iodure de départ va se retrouver à ce stade sous forme de diiode qui est la forme la plus toxique des composés iodés. Heureusement, comme je l’ai expliqué plus haut, le pH et le potentiel redox de nos bacs va faire en sorte que l’I₂ (toxique et peu soluble) va dismuter en IO₃^- (non toxique) de manière spontanée :
3. Cet iodate va s’accumuler dans des organismes comme les algues, les animaux ou encore les bactéries.
4. Quand ceux-ci vont péricliter, ils vont sédimenter et l’iode contenu dans leurs tissus va doucement être dissous sous forme d’acide hypoiodeux (HIO) qui va se transformer de manière spontanée en iodate.
5. Tout cet iodate, fruit des réactions d’oxydation, de décomposition de la matière organique ; ne pourra pas être réduite de manière spontanée. C’est un processus biologique qui va être orchestré par une enzyme présente dans les organismes photosynthétiques comme le phytoplancton ou les bactéries ; la nitrate réductase. Cette enzyme intervient également comme catalyseur dans le cycle de l’azote. Autant dire que sa charge de travail est importante et que le processus de réduction biologique de l’iodate en iodure a ses limites. Les risques d’accumulation sont importants. 6. Le phytoplancton, les bactéries, les algues et les coraux vont utiliser l’iodure pour leurs processus métaboliques.

4. Facteurs favorisant l’accumulation des iodates

Maintenant que nous avons décrypté le cycle biogéochimique de l’iode il est plus facile de comprendre les facteurs qui peuvent favoriser l’accumulation des iodates.

L’utilisation d’un réacteur à hydroxyde

Quand le réacteur à hydroxyde injecte l'eau de chaux dans l'aquarium, celle-ci sort avec un pH de 12,4 en augmentant la quantité d'ions OH- dans l'aquarium. Le diiode en présence d'ions OH^- dismute selon cette formule :

3I₂ +6OH^- → 5I^- + IO₃^- + 3H₂O

3 molécules de diiode vont se lier à 6 molécules d'hydroxyde, ce qui va donner 5 iodures, 1 iodate et 3 molécules d'eau.

Analysons le graphique de Pourbaix ci-dessous qui met en relation pH et potentiel redox qui est dans notre aquarium en moyenne de 0,4 V. Vous voyez que la dismutation de l’iode se fait en faveur de l’iodure jusqu'à un pH d'environ 12 (en vert) mais au-delà, il y a dismutation en faveur de l'iodate (en rouge). ;

L’utilisation d’un stérilisateur UV, ozoniseur

Le stérilisateur UV va entrainer une photo-oxydation des iodures en iodates. Cet effet sera d’autant plus important que la puissance de l’UV sera conséquente. La lumière du jour et l’éclairage induisent également le même phénomène mais dans des proportions moindre car c’est la composante ultraviolette de la lumière qui est en cause. L’ozone étant un puissant oxydant, il va chimiquement favoriser la formation d’iodates.

5. Solutions pour minimiser l’accumulation des iodates

• Préférez l’iode sous forme d’iodure de potassium pour vos supplémentations plutôt que les solutions contenant du diiode comme le lugol.
• Gardez votre solution à l’abri de la lumière et de l’air.
• Faites vos ajouts d’iode à l’extinction des lumières.
• Si vous en possédez, coupez votre stérilisateur UV ou votre ozoniseur pendant 30 minutes lors des ajouts.
• Évitez les stérilisateurs UV surdimensionnés et fiez-vous aux normes des constructeurs.
• Si vous utilisez un réacteur à hydroxyde, favorisez des ajouts d’eau de chaux par petites quantités étalés sur la journée plutôt que des ajouts ponctuels et massifs.
• L’utilisation d’un filtre à algues et l’ajout de phytoplancton peuvent être des adjuvants précieux.

En savoir plus

• Fournier J-B. Évolution des mécanismes d’accumulation et de transport de l’iode dans les organismes marins : étude de la structure/fonction des protéines du métabolisme iodé chez la bactérie zobellia galactanivorans. 2014
• Tsunogai S. Iodine in deep water of oceans. 1971
• Holmes-Farley R. Chemistry and the aquarium : iodine in marine aquaria: part1, reefs.com

Récifalement vôtre !

Carlos CABRERA et Bastien CABRERA

Article publié par Cap récifal le 19 mai 2021 avec l'aimable autorisation des auteurs.

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