Traçage des conditions environnementales et de l'activité microbienne dans des stromatolites formés en contexte évaporitique : stromatolites actuels de Sardaigne et stromatolites du Messinien (6Ma)

Tracing environmental conditions and biological activity in stromatolites formed in an evaporitic context : study of modern Sardinian stromatolites and Messinian stromatolites (6Ma)

• Auteur / Autrice : Juliette Debrie
• Direction : Karim Benzerara, Jean-Paul Saint Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biogéoscience
• Date : Soutenance le 13/12/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Vennin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence de Viguerie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Dupraz, Kevin Lepot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Crise de salinité messinienne

Fluorescence

Évaporites

Sardaigne (Italie)

Stromatolithes

Mots clés libres

Stromatolite

Quantified SEM-EDXS

Fluorescence

Environnement lagunaire côtier

Evaporites

Messinien

Stromatolite

MEB-EDX quantifié

Fluorescence

Coastal ponds

Évaporites

Messinien

Résumé

Les stromatolites sont des structures organo-sédimentaires laminées, formées grâce à l’activité microbienne. Présents depuis plus de 3,5 milliards d’années, ils comptent parmi les plus anciennes traces de vie connues sur Terre et ils fournissent des informations précieuses sur la paléobiodiversité et les paléoenvironnements. De nombreuses études ont permis de développer une connaissance approfondie sur les stromatolites actuels, marins et lacustres, pouvant servir de référence pour l’interprétation des stromatolites anciens. Cependant, peu de travaux concernent des stromatolites d'environnements côtiers et lagunaires, qui, pourtant, enregistrent des caractéristiques chimiques, biologiques et minéralogiques significatives. Or, certains stromatolites anciens, comme ceux du Messinien (~6 Ma), abondamment présents dans l'ensemble du bassin méditerranéen, se sont possiblement formés dans un environnement côtier et/ou lagunaire soumis à des variations de salinité. L’objectif central de cette thèse est de comprendre comment l’environnement de formation (comprenant les paramètres abiotiques et biotiques) est enregistré dans des stromatolites actuels de Sardaigne, formés dans des étangs côtiers soumis à de fortes variations de salinité. Ces stromatolites sont principalement composés de calcite magnésienne. Une approche corrélative multi-échelles a révélé une diversité de phases minéralogiques comprenant divers carbonates, des phases argileuses authigènes, des phases sulfatées et un peu de détritisme. Nous avons observé des variations et une distribution spécifique des rapports Mg/Ca et Mn/Fe dans les calcites. Les calcites les plus enrichies en Mg et avec le rapport Mn/Fe le plus grand étaient systématiquement distribuées autour des restes microbiens. Nous avons supposé que l’activité microbienne exerçait un contrôle majeur sur la substitution du Mg dans la calcite, avec peut-être, une dynamique des populations microbiennes, influencée par les variations de salinité. De même, les variations du rapport Mn/Fe ont été interprétées comme étant des indicateurs des variations des conditions oxiques/anoxiques pouvant survenir localement dans le biofilm. En revanche, en lien avec le suivi géochimique des eaux des lagunes, il a semblé qu’à grande échelle, la distribution minéralogique était liée aux variations de salinité induites par l’évaporation dans les lagunes. En parallèle, l’évaluation de la distribution spatiale des signaux de fluorescence dans le visible a montré une préservation exceptionnelle de pigments photosynthétiques chlorophylle/phycocyanine dans des échantillons sardes ainsi qu'une une possible conservation de pigments photosynthétiques dégradés en lien avec l’activité microbienne dans les échantillons sardes et du Messinien.

Stromatolites are laminated organo-sedimentary structures formed by microbial activity. Documented for more than 3.5 billion years, they are among the oldest known traces of life on Earth and they provide precious information on paleobiodiversity and paleoenvironments. Modern marine and lacustrine stromatolites are well-studied and they often use as references for the interpretation of ancient stromatolites. However, little is known about coastal and lagoonal stromatolites whereas they can record significant chemical, biological and mineralogical features. Yet, some ancient stromatolites, such as the Messinian ones (~6 Ma), abundantly present throughout the Mediterranean basin, are considered to have been formed in a coastal and/or lagoon environment subject to salinity variations. The main objective of this thesis is to understand how the formation environment (including abiotic and biotic factors) is recorded in modern sardinian stromatolites, formed in coastal ponds subjected to strong salinity variations. These stromatolites are mainly composed of magnesian calcite. A multi-scale correlative approach revealed a diversity of mineralogical phases including various carbonates, authigenic clays, sulfate phases, and some detritism. We observed variations and specific distribution of Mg/Ca and Mn/Fe ratios in the calcites. Calcites with the highest Mg enrichment and Mn/Fe ratio were systematically distributed around the microbial remains. We assumed that microbial activity had a major control on Mg substitution in calcite and that the dynamic of microbial populations, was influenced by the salinity variations. Similarly, Mn/Fe variations in calcite were interpreted as indicators of local oxic/anoxic variations in the biofilms. Thanks to the geochemical monitoring of lagoon waters, we proposed that, on a large scale, the mineralogical distribution was related to salinity variations induced by evaporation in lagoons. Meanwhile, the evaluation of the spatial distribution of visible fluorescence signals showed the exceptional preservation of chlorophyll/phycocyanin pigments in Sardinian samples. It also revealed the potential preservation of degraded photosynthetic pigments related to microbial activity in Sardinian and Messinian samples.