Réactivité minérale et diversité microbienne associées aux interactions eau-basaltes en conditions de subsurface

Mineral reactivity and microbial diversity associated with water-basalt interactions under subsurface conditions

• Auteur / Autrice : Juliette Bas--lorillot
• Direction : Damien Daval, Emmanuelle Gerard, Bénédicte Menez
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences de la Terre

Mots clés

Mots clés libres

Réactivité

Basaltes

Diversité microbienne

Subsurface

Reactivity

Basalt

Microbial diversity

Subsurface

Résumé

L'objectif des travaux proposés dans cette thèse consiste à fournir une évaluation réaliste de la contribution des microorganismes aux taux d'altération des silicates dans les environnements basaltiques de subsurface. La motivation est simple : ~70% des bactéries et archées vivent en milieu sous-terrain (sols, sédiments, croûtes océanique et continentale), et on soupçonne depuis longtemps les microorganismes d'avoir un impact sur les vitesses d'altération des silicates, qui affectent aussi bien le cycle biogéochimique de nombreux éléments que le climat de la Terre. Cependant, les vitesses et les mécanismes de l'altération microbienne des silicates restent mal contrants, en particulier dans les milieux basaltiques. Une approche interdisciplinaire et non-conventionnelle pour évaluer la contribution des microorganismes aux taux d'altération des silicates dans des milieux environnementaux complexes sera mise en oeuvre dans le cadre de ce projet. Elle consiste à estimer les vitesses de dissolution à l'aide de mesures non-invasives de la nanotopographie de substrats de silicates (olivine, plagioclases) ayant réagi dans des fluides naturels abritant leurs communautés microbiennes endémiques, prélevés dans des puits ciblant des aquifères basaltiques aux caractéristiques physicochimiques contrastées. Ces substrats seront traités au préalable pour obtenir des propriétés de surface qui reproduisent les différents stades du vieillissement des silicates en réponse à leur altération sur le long terme. Ces mesures seront combinées à des études de la diversité microbienne associée aux aquifères et aux substrats ciblés, à des techniques d'imagerie microbienne en milieu minéralisé et à des caractérisations innovantes à l'échelle manométrique des surfaces ayant réagi pour proposer in fine une 'heat map' de la contribution microbienne à l'altération en fonction des paramètres physicochimiques des différents environnements échantillonnés.

The objective of the work proposed in this thesis is to provide a realistic assessment of the contribution of microorganisms to silicate weathering rates in rocky basaltic subsurface environments. The motivation is simple: ~70% of bacteria and archaea live underground, and microbes have long been suspected to impact silicate weathering rates, which affect both the biogeochemical cycle of many elements and the Earth's climate. However, the rates and mechanisms of microbial weathering of silicates remain poorly constrained, particularly in basaltic settings. An interdisciplinary and unconventional approach to assess the contribution of microbes to silicate weathering rates in complex environmental settings will be implemented in this project. It consists of quantifying dissolution rates using non-invasive measurements of the nanotopography of silicate substrates (olivine, plagioclase) reacted in natural fluids harboring their endemic microbial communities, collected from wells targeting basaltic aquifers with contrasting physicochemical properties. These substrates will be pre-treated to obtain surface properties that mimic the various stages of silicate aging in response to long-term weathering. These measurements will be combined with studies of the microbial diversity associated with the targeted aquifers and the solid substrates, with techniques of mineral- microbe imaging, and with innovative nm-scale characterizations of the reacted surfaces to ultimately propose a heat map of the microbial contribution to weathering as a function of the physicochemical parameters of the different environments sampled.