Rôle des bactéries du sol dans l’accès aux nutriments par la végétation : approche isotopique

The role of soil bacteria in nutrient access by vegetation : an isotopic approach

• Auteur / Autrice : Nicolas Nuvoli
• Direction : Anne-Désirée Schmitt, Valérie Geoffroy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'environnement
• Date : Soutenance le 23/01/2024
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Terre Environnement (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Gwenaël Imfeld
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Lebeau, Sophie Gangloff, Emmanuel Tertre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Jorand, Nadine Mattielli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vermiculite

Dioxyde de manganèse

Biogéochimie

Adsorption

Bactéries

Isotopes

Calcium

Mots clés libres

Isotopes du calcium

Bactéries

Adsorption/désorption

Biogéochimie

Oxydes de manganèse

Vermiculite

Calcium isotopes

Bacteria

Adsorption/desorption

Biochemistry

Manganese oxides

Vermiculite

Résumé

L’objectif de cette thèse est de tendre vers une compréhension plus précise du cycle biogéochimique du Ca dans les sols, notamment au travers de la caractérisation élémentaire et isotopique de l’interaction du Ca avec des bactéries : Pseudomonas aeruginosa et Bacillus subtilis, ainsi qu’avec des minéraux tels que des MnO2 abiotiques (δ-MnO2 et birnessites) et un MnO2 bactériogénique (vernadite) produit par Pseudomonas Putida GB1 ainsi qu’avec un échantillon de vermiculite. Nos résultats indiquent que B. subtilis est susceptible d’induire un fractionnement du Ca lors de la formation du complexe entre le Ca et l’acide dipicolinique formé dans la cellule bactérienne lors de l’amorce du processus de sporulation. En revanche le mécanisme d’adsorption du Ca ne semble pas induire de fractionnement isotopique significatif du Ca. Les expérimentations sur les oxydes de manganèse ont quant à elles permis de vérifier que l’intensité du fractionnement isotopique sur le MnO2 induit lors de l’adsorption du Ca ne dépend vraisemblablement pas de la proportion de lacunes ou du niveau de cristallinité de la structure du minéral, mais plutôt de la nature de la liaison établie entre le Ca et le solide ou peut être d’une différence de nature du fractionnement isotopique. Quoi qu’il en soit, les échantillons de MnO2 présentent tous un enrichissement de la solution en isotopes lourds de plus de 1,00‰. Les travaux sur la vermiculite ont permis de mettre en évidence que l'adsorption sur les surfaces basales et interfoliaires de la vermiculite fractionne le Ca avec la même intensité, et ce malgré la différence de nature entre l’interfoliaire (milieu nanométrique confiné) et une surface basale libre.

This thesis aims to gain a more precise understanding of the biogeochemical cycle of Ca in soils, in particular through the elemental and isotopic characterization of the interaction of Ca with bacteria: Pseudomonas aeruginosa and Bacillus subtilis, as well as with minerals such as abiotic MnO2 (δ-MnO2 and birnessites) and a bacteriogenic MnO2 (vernadite) produced by Pseudomonas Putida GB1, and with a vermiculite sample. Our results indicate that B. subtilis is capable of inducing Ca fractionation during the formation of the complex between Ca and dipicolinic acid formed in the bacterial cell at the start of the sporulation process. In contrast, the Ca adsorption mechanism does not appear to induce significant Ca isotopic fractionation. Experiments on manganese oxides have shown that the intensity of isotopic fractionation on MnO2 induced during Ca adsorption is unlikely to depend on the proportion of vacancies or the level of crystallinity of the mineral structure, but rather on the nature of the bond established between Ca and the solid, or perhaps on a difference in the nature of the isotopic fractionation. In any case, the MnO2 samples all show a solution enrichment in heavy isotopes of over 1.00‰. Work on vermiculite has demonstrated that adsorption on the basal and interfoliar surfaces of vermiculite fractionates Ca with the same intensity, despite the difference in nature between the interfoliar (confined nanometric medium) and a free basal surface.