ACIDE HUMIQUE: STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, PRODUCTION, UTILISATIONS - CHIMIE - 2025

L'acide humique est le nom générique d'une famille de composés organiques qui font partie de substances humiques. Ils ont différents groupes fonctionnels, parmi lesquels on peut citer les carboxyliques, les phénoliques, les cycles sucres, les quinones et les dérivés d'acides aminés.

Les substances humiques, dont les acides humiques font partie, sont distribuées dans les sols, les eaux naturelles et les sédiments, car elles sont le résultat de la décomposition de déchets végétaux, animaux et naturels.

Matière organique qui se transforme en substances comme les acides humiques. Auteur: Pisauikan. Source: Pixabay.

Les acides humiques font partie de l'humus et ont la capacité d'améliorer la croissance et la nutrition des plantes, car ils permettent aux nutriments d'être conservés plus longtemps dans le sol afin qu'ils soient disponibles pour les plantes.

Ce sont des composés amphiphiles, c'est-à-dire qu'ils ont des parties liées à l'eau et des parties qui rejettent l'eau, le tout dans la même molécule.

En raison de leurs groupes –OH et –COOH, ils peuvent former des complexes avec des ions métalliques ou des cations.

Grâce à leurs chaînes hydrocarbonées ou portions aromatiques, ils peuvent solubiliser et verrouiller en eux des molécules aromatiques polycycliques toxiques. En outre, ils ont une utilisation potentielle en médecine du cancer et dans la préparation de produits pharmaceutiques plus efficaces.

Structure

Les acides humiques contiennent différents groupes fonctionnels, dont les quantités dépendent de l'origine géographique de l'acide humique, de l'âge, des conditions environnementales et biologiques et du climat dans lequel la molécule a été produite. Pour cette raison, sa caractérisation précise est devenue difficile.

Ses principaux groupes fonctionnels sont phénolique, carboxylique, énolique, quinone, éther, sucres et peptides.

Les groupes fonctionnels qui lui confèrent ses principales caractéristiques sont les groupes phénoliques, carboxyliques et quinones.

La grande structure d'un acide humique est composée de parties hydrophiles formées par des groupes -OH et de parties hydrophobes constituées de chaînes aliphatiques et de cycles aromatiques.

Exemple de molécule d'acide humique, où les groupes phénoliques -OH, -COOH, quinone, résidus de sucre et peptides (-NH) peuvent être observés. Yikrazuul. Source: Wikimedia Commons.

Nomenclature

- Acides humiques.

- HA ou HA (acides humiques).

Propriétés

État physique

Solides amorphes.

Poids moléculaire

Leurs poids moléculaires vont de 2,0 à 1300 kDa.

Un Da ou Dalton vaut 1,66 x 10 ^-24 grammes.

Solubilité

Les acides humiques sont la fraction de substances humiques qui est soluble dans un milieu aqueux alcalin. Ils sont partiellement solubles dans l'eau. Insoluble en milieu acide.

Sa dissolution dans l'eau est complexe car les acides humiques ne sont pas un composant individuel mais un mélange de composants, dont certains seulement sont solubles dans l'eau.

Sa solubilité peut varier en fonction de sa composition, du pH et de la force ionique du solvant.

Propriétés chimiques et biologiques

Les molécules d'acide humique ont généralement une partie hydrophile ou liée à l'eau et une partie hydrophobe, qui rejette l'eau. C'est pourquoi on dit qu'ils sont amphiphiles.

En raison de leur nature amphiphile, les acides humiques forment, en milieu neutre ou acide, des structures similaires à celles des micelles, appelées pseudo-micelles.

Ce sont des acides faibles, causés par des groupes phénoliques et carboxyliques.

Les groupes de type quinone sont responsables de la formation d'espèces réactives de l'oxygène, car ils sont réduits en semiquinones puis en hydroquinones qui sont très stables.

La présence de groupes phénoliques et carboxyliques dans les molécules d'acide humique leur donne la capacité d'améliorer la croissance et la nutrition des plantes. De tels groupes peuvent également favoriser la complexation avec les métaux lourds. Et ils expliquent également son activité antivirale et anti-inflammatoire.

En revanche, la présence des groupements quinone, phénol et carboxylique est liée à leurs capacités antioxydantes, fongicides, bactéricides et antimutagènes ou démutagènes.

Comportement en milieu aqueux en fonction du pH

En milieu alcalin, les groupes carboxyliques et phénoliques subissent la perte de protons H ⁺, ce qui laisse la molécule chargée négativement dans chacun de ces groupes.

Pour cette raison, les charges négatives sont repoussées et la molécule s'étire.

Au fur et à mesure que le pH diminue, les groupements phénoliques et carboxyliques sont à nouveau protonés et les effets de répulsion cessent, amenant la molécule à adopter une structure compacte, similaire à celle des micelles.

Dans ce cas, les parties hydrophobes sont tentées de se localiser à l'intérieur de la molécule et les parties hydrophiles sont en contact avec le milieu aqueux. Ces structures sont dites pseudo-micelles.

En raison de ce comportement, il est indiqué que les acides humiques ont des caractéristiques de détergence.

De plus, ils forment des agrégats intramoléculaires (au sein de leur propre molécule), suivis d'une agrégation intermoléculaire (entre différentes molécules) et d'une précipitation.

Solubilisation de grosses molécules non polaires

Les acides humiques peuvent solubiliser les hydrocarbures aromatiques polycycliques qui sont toxiques et cancérigènes et sont relativement insolubles dans l'eau.

Ces hydrocarbures sont solubilisés au cœur hydrophobe des pseudo-micelles des acides humiques.

Formation complexe avec des cations métalliques

Les acides humiques interagissent avec les ions métalliques dans un environnement alcalin où les cations ou les ions positifs agissent pour neutraliser les charges négatives de la molécule d'acide humique.

Plus la charge du cation est élevée, plus son efficacité à former des pseudo-micelles est grande. Les cations sont situés à des emplacements thermodynamiquement préférés dans la structure.

Ce processus génère des complexes acide humique-métal qui acquièrent une forme sphérique.

Cette interaction dépend du métal et de l'origine, du poids moléculaire et de la concentration de l'acide humique.

Obtention

Les acides humiques peuvent être obtenus à partir de la matière organique du sol. Cependant, les structures des différentes molécules d'acide humique varient en fonction de la localisation du sol, de son âge et des conditions climatiques.

Il existe plusieurs méthodes d'obtention. L'un de ceux-ci est décrit ci-dessous.

Le sol est traité avec une solution aqueuse de NaOH 0,5 N (0,5 équivalent par litre) sous atmosphère d'azote pendant 24 heures à température ambiante. Le tout est filtré.

L'extrait alcalin est acidifié avec HCl 2N à pH 2 et laissé au repos pendant 24 heures à température ambiante. Le matériel coagulé (acides humiques) est séparé du surnageant par centrifugation.

Applications

- En agriculture

L'utilisation des acides humiques en agriculture est connue pratiquement depuis le début de l'activité agricole car ils font partie de l'humus.

Sol riche en humus, donc riche en acides humiques, bon pour la culture des plantes. Auteur: Markus Baumeler. Source: Pixabay.

Les acides humiques améliorent la croissance et la nutrition des plantes. Ils agissent également comme bactéricides et fongicides du sol, protégeant les plantes. Les acides humiques inhibent les champignons phytopathogènes et certains de leurs groupes fonctionnels ont été corrélés à cette activité.

Plante infectée par le champignon Alternaria solani qui peut être combattu avec des acides humiques. AfroBrazilian. Source: Wikimedia Commons.

La présence de groupes carbonyle soufre (S) et C = O dans la molécule d'acide humique favorise l'activité fongistatique. Au contraire, une teneur élevée en oxygène, des groupements CO aromatiques et certains atomes de carbone appartenant aux sucres inhibent la force fongistatique de l'acide humique.

Récemment (2019), l'effet de l'application d'engrais azotés à libération lente sur la stabilisation des acides humiques présents dans les sols et leur influence sur les cultures a été étudié.

Il a été constaté que l'urée enrobée de biocarbone améliore la structure et la stabilité des acides humiques présents dans le sol, favorisant la rétention d'azote et de carbone par le sol et améliorant le rendement des cultures.

- En dépollution

En raison de sa capacité à former des pseudo-micelles en milieu neutre ou acide, son utilité dans l'élimination des contaminants des eaux usées et des sols est explorée depuis de nombreuses années.

Les métaux sont l'un des polluants qui peuvent être éliminés par les acides humiques.

Certaines études montrent que l'efficacité de sorption des métaux des acides humiques en solution aqueuse a tendance à augmenter avec l'augmentation du pH et de la concentration d'acide humique et avec la diminution de la concentration en métal.

Il a également été déterminé que les ions métalliques entrent en compétition pour les sites actifs de la molécule d'acide humique, qui sont généralement les groupes phénoliques –COOH et –OH qu'elle contient.

- Dans l'industrie pharmaceutique

Il s'est avéré utile pour augmenter la solubilité dans l'eau de médicaments hydrophobes.

Des nanoparticules d'argent (Ag) recouvertes d'acides humiques ont été préparées, qui ont réussi à rester stables pendant au moins un an.

Ces nanoparticules d'argent et d'acide humique, associées aux propriétés antibactériennes de ce dernier, présentent un potentiel élevé pour la préparation de médicaments.

De même, des complexes de carbamazépine, un médicament antiépileptique, avec des acides humiques ont été essayés pour augmenter sa solubilité, et il s'est avéré que le médicament devenait beaucoup plus soluble et efficace.

Le même effet d'amélioration de la solubilité et de la biodisponibilité a été obtenu avec des complexes d'acides humiques et de β-carotène, un précurseur de la vitamine A.

- En médecine

Les acides humiques sont de puissants alliés dans le traitement de diverses maladies.

Contre certains virus

L'activité antivirale des acides humiques a été observée contre le cytomégalovirus et les virus de l'immunodéficience humaine VIH-1 et VIH-2, entre autres.

Les molécules d'acide humique peuvent inhiber la réplication du virus en liant leur charge négative en milieu alcalin à certains sites cationiques du virus, qui sont nécessaires pour que le virus se lie à la surface cellulaire.

Contre le cancer

On a constaté que les acides humiques exercent des propriétés de guérison des lésions cancérigènes. Ceci est attribué à la présence de quinones dans sa structure.

Structure d'une quinone, un groupe présent dans les molécules de certains acides humiques. Auteur: Marilú Stea.

Les quinones génèrent des espèces réactives de l'oxygène qui produisent un stress oxydatif et induisent l'apoptose des cellules cancéreuses par la fragmentation de leur ADN.

Contre la mutagenèse

Les acides humiques sont des inhibiteurs de la mutagenèse à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. La mutagenèse est l'altération stable du matériel génétique d'une cellule qui peut être transmise aux cellules filles.

La capacité d'inhiber la mutagenèse s'est avérée varier avec la composition des acides humiques et leur concentration.

En revanche, ils exercent un effet desmutagène sur des substances mutagènes telles que le benzopyrène (hydrocarbure polyaromatique présent dans certains aliments), le 2-nitrofluorène (produit de combustion d'hydrocarbure polyaromatique) et le 2-aminoanthracène.

Effet mutagène du benzopyrène sur l'ADN. Par Richard Wheeler (Zephyris) 2007. Structure de la solution d'un adduit trans-ouvert (10S) -dA de +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihydroxy-9,10-époxy-7,8, 9,10-tétrahydrobenzopyrène dans un ADN duplex. Produit à partir de {{PDB-1JDG}}. == Licence == {{GFDL-. Source: Wikimedia Commons.

Le mécanisme de cet effet réside dans l'adsorption du mutagène, pour lequel les acides humiques avec des structures plus grandes sont les plus efficaces. Le mutagène est adsorbé par l'acide humique et perd son activité mutagène.

On pense que cela peut être important pour la protection contre la carcinogenèse.

- Dans l'industrie cosmétique

En raison de leur capacité à absorber les UV et les rayons visibles, les acides humiques ont été proposés pour une utilisation dans les bloqueurs solaires, les crèmes anti-âge et les produits de soin de la peau.

Ils peuvent également être utilisés comme conservateurs dans les produits cosmétiques.

- Dans l'industrie alimentaire

En raison de ses propriétés antioxydantes, son utilisation comme conservateurs alimentaires et comme compléments nutritionnels a été suggérée.

Références

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