Développement et application de nouveaux marqueurs d’environnement d’origine bactérienne en milieu terrestre

Development and application of new environmental proxies of bacterial origin in terrestrial settings

• Auteur / Autrice : Pierre Véquaud
• Direction : Arnaud Huguet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie organique
• Date : Soutenance le 28/05/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Milieux environnementaux, transferts et interactions dans les hydrosystèmes et les sols (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Turcq
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Armelle Riboulleau, Vincent Grossi, Sylvie Derenne, Sylvie Collin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Arnaud, Jérémy Jacob

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipides des membranes

Alkylglycérols

Marqueurs biologiques

Paléoenvironnement

Géochimie organique

Mots clés libres

Acides gras 3-hydroxylés (3-AGH)

Alkyl tetraéthers de glycérol bactériens (brGDGTs)

Transect altitudinal

Microcosmes

Paramètres environnementaux

Calibration

3-hydroxy fatty acids

Bacterial alkyl glycerol tetraethers

Altitudinal transect

Microcosms

Environmental parameters

Calibration

Résumé

A ce jour, les seuls biomarqueurs organiques utilisables pour la reconstruction de la température et du pH en milieu terrestre sont les alkyl tetraéthers de glycérol bactériens (GDGTs ramifiés ou brGDGTs). Ce travail de thèse s’est intéressé au développement et à l’application d’autres marqueurs bactériens, les acides gras 3-hydroxylés (3-AGH). L’analyse de l’abondance des 3-AGHs et des brGDGTs dans 49 sols prélevés dans les Alpes françaises a permis de quantifier l'influence de paramètres environnementaux autres que la température sur la distribution des brGDGTs et des 3-AGHs. En parallèle, des expériences de microcosmes menées sur 4 de ces sols pendant 1 an à différentes températures n’ont pas permis d’observer une évolution des abondances relatives de 3-AGHs mais une augmentation de la proportion de certains brGDGTs. Une première calibration globale des 3-AGHs comme marqueurs de température et de pH a été proposée à partir de 168 échantillons de sols provenant du monde entier. Ce travail a démontré l’intérêt de nouvelles approches utilisant l’apprentissage automatisé pour établir des calibrations de marqueurs. Enfin une calibration globale améliorée des brGDGTs comme marqueurs de température et de pH en milieu terrestre a été proposée (modèle FROG). Ces différentes calibrations ont été appliquées sur des archives paléoclimatiques. L’ensemble des connaissances acquises ont permis d’affiner la compréhension de l’influence de différentes variables environnementales sur la distribution des lipides membranaires utilisés comme marqueurs d’environnements en milieu terrestre, et de proposer de nouvelles approches statistiques pour établir des calibrations de marqueurs.

To date, the only biomarkers that can be used for temperature and pH reconstruction in terrestrial environments are bacterial glycerol dialkyl glycerol tetraethers (branched GDGTs or brGDGTs). This PhD work focused on the development and application of other proxies of bacterial origin, 3-hydroxy fatty acids (3-OH FAs). The analysis of the abundance of 3-OH FAs and brGDGTs in 49 soils sampled in the French Alps made it possible to quantify the influence of environmental parameters other than temperature on the distribution of brGDGTs and 3-OH FAs. In parallel, microcosm experiments carried out on 4 of these soils for 1 year at different temperatures did not reveal any change in the relative abundances of 3-OH FAs but an increase in the proportion of certain brGDGTs. A first global calibration of 3-OH FAs as temperature and pH proxies was proposed from 168 soil samples globally distributed. This work demonstrated the interest of new approaches using machine learning to establish biomarker calibrations. Finally, an improved global calibration of brGDGTs as temperature and pH proxies in terrestrial environments was proposed (FROG model). These different calibrations were successfully applied and validated on paleoclimatic archives. This work enabled to refine the understanding of the influence of different environmental variables on the distribution of membrane lipids (3-OH FAs and brGDGTs) used as environmental proxies in terrestrial environments, and to propose new statistical approaches to establish environmental proxies calibrations.