Diagenèse précose de biolipides en milieu sédimentaire : Etude moléculaire d'environnements naturels récents et simulations impliquant des terpénoïdes marqués au 13C

Early diagenesis of biolipids in sediments : Molecular study of natural environmental settings and simulation experiments using 13C-labelled terpenoids

• Auteur / Autrice : Claude Le Milbeau
• Direction : Pierre Albrecht
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expériences

Simulation

Marqueurs biologiques

Carbone -- Isotopes

Triterpènes

Cormophytes

Stéroïdes

Diagenèse

Sédiments (géologie)

Résumé

Nos travaux ont eu pour objet une meilleure compréhension des processus de transformation de la matière organique aux premiers stades de l’enfouissement dans des milieux sédimentaires contrastés. Nous avons eu recours à deux approches. Une première a consisté à étudier, à un niveau moléculaire, les différentes classes de lipides de 6 différents milieux sédimentaires (lacustres et marin) afin de déterminer les sources de la matière organique et la nature des processus impliqués dans sa transformation. Nous avons pu distinguer des apports principalement issus de végétaux terrestres, ainsi que, dans une moindre mesure, des contributions algaires et bactériennes. Nous avons notamment mis en évidence des dérivés aromatiques de végétaux supérieurs fonctionnalisés en C-2, la structure de l’un d’entre eux ayant été établie par des études de RMN après isolement. Ceci nous a conduit à proposer l’existence d’une nouvelle voie d’aromatisation opérant dans le sous-sol. Nos travaux ont été complétés par une série d’expériences d’incubation in vitro mettant en jeu les 6 sédiments précédemment étudiés et des biolipides marqués au 13C (phytol, cholestérol). La détection par spectrométrie de masse isotopique du carbone des différents produits de transformation marqués formés in situ nous a conduit à mettre en évidence un certain nombre de processus diagénétiques (déshydratation, réduction, condensation, oxydation, …) et d’établir des cinétiques de dégradation de ces composés dans le sous-sol. Le phytol s’est révélé être le composé le plus réactif, 90% de celui-ci étant dégradé au bout de 10 jours. Parmi les produits majeurs de transformation identifiés, nous avons observé des phytadiènes, des phytènes, du dihydrophytol ainsi que des esters lourds issus de la condensation du phytol avec des acides gras. Le cholestérol, quant à lui, est dégradé plus lentement, et seuls du cholestanol, de la cholestanone, de la cholesténone et de la cholestadiénone ont été mis en évidence.

The aim of our study was to get a better understanding of the processes involved in the transformation of the organic matter at the earliest stages of diagenesis. Two distinct approaches were undertaken. The first one consisted in the study, at a molecular level, of the different lipid classes present in sediments collected at 6 different environmental settings (lactustrine and marine sediments) in order to characterize the different biological sources which contributed to the organic matter and to determine the transformation pathways affecting the organic matter. We could mainly distinguish inputs from terrestrial plants, together with, to a minor extent, algal and bacterial contributions. We notably detected several novel aromatic derivatives from higher plant triterpenoids functionalized at C-2, and the structure of one of them could be determined by NMR studies after isolation. This led us to propose a novel aromatization pathway of higher plant triterpenoids operating in the sub-surface. Our studies were completed by a series of in vitro incubation experiments involving the 6 sediment samples investigated previously (see above) and 13C-labelled biolipids (phytol, cholesterol). Detection of the different 13C-labelled transformation products formed in situ by isotopic ratio monitoring mass spectrometry led us to highlight several diagenetic pathways such as dehydration, reduction, oxidation or condensation and to establish the kinetic of the biolipid degradation in the sub-surface. Phytol was the most reactive compound, with a ca. 90% loss after 10 days. Among the main transformation products characterized, we detected phytadienes, phytenes, dihydrophytol, and waxy esters formed by the condensation between phytol and various fatty acids. Cholesterol was degraded at a slower rate, and only cholestanol, cholestanone, cholestenone and cholestadienone could be identified as transformation products.