Altération microbienne des minéraux : quantification et empreintes physico-chimiques

Physicochemical fingerprints and quantification of microbially-mediated mineral weathering

• Auteur / Autrice : Malaury Luzet
• Direction : Damien Daval, Karim Benzerara, Philippe Ackerer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2024
• 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

Interactions minéral/microbe

Biosignatures

(bio)altération

Microbe/mineral interactions

Biosignatures

(bio)weathering

Résumé

La quantification de la contribution des microorganismes aux vitesses de dissolution des roches est l'un des principaux défis à relever pour améliorer les modèles numériques d'altération des surfaces continentales. Ce processus contribue aux cycles géochimiques de la plupart des éléments chimiques et est un piège majeur du CO2 atmosphérique, contrôlant ainsi le climat de la Terre aux échelles de temps géologiques. Détecter les signatures des interactions minéral-microorganismes apparaît comme une condition préalable pour quantifier cette contribution, ainsi que pour définir les critères de biogénicité nécessaires à la recherche de traces de vie, dans les roches terrestres anciennes ou sur d'autres planètes. Pour cela nous avons mis au point récemment une approche qui permet d'analyser et quantifier ces interactions minéral-microorganismes de l'échelle nanométrique à l'échelle centimétrique en passant par l'échelle de la cellule. L'objectif du projet de thèse est de développer et d'appliquer de nouvelles approches expérimentales et analytiques pour caractériser les empreintes physicochimiques liées à l'altération microbienne des minéraux, combinées à la quantification des flux élémentaires associés. Les expériences seront menées en utilisant des consortia microbiens ou des souches microbiennes modèles qui seront comparés à l'action de solutions stériles. La réactivité et les propriétés physicochimiques de la surface des minéraux altérés seront caractérisées par une combinaison de techniques de spectroscopie et de microscopie de pointe. Ce travail de doctorat fournira un socle expérimental pour le développement de modèles numériques visant à simuler les processus de (bio)altération des minéraux et, à terme, à élucider la contribution des micro-organismes aux flux d'altération des minéraux primaires sur Terre.

Quantifying the contribution of microbes to rock dissolution rates is one of the main challenges to improving numerical models of rock alteration, a process that contributes to the geochemical cycles of most chemical elements, and partly controls atmospheric CO2 uptake and Earth's climate over geologic timescales. Defining the signatures left by microorganisms at the surface of altered minerals resulting from bioalteration appears as a prerequisite to shedding new lights on this contribution, as well as for defining biogenicity criteria that are requested for the search of life in the geological record on Earth and on other planets. To reach this goal, we recently developed an approach that makes it possible to analyze and quantify microbe-mineral interactions from the nm- to the cm-scale, including that of the microbial cell. The objective of the thesis project is to develop and apply new experimental and analytical approaches to characterize the development of physicochemical fingerprints related to microbial weathering of minerals, combined with the quantification of associated elemental fluxes. Experiments will be conducted either under sterile conditions, or using microbial consortia, or model microbial strains, and the reactivity and the physicochemical properties of altered mineral surfaces will be characterized through a combination of spectroscopy and microscopy techniques. This PhD work will provide an experimental basis for the development of numerical models aimed at simulating mineral (bio)alteration processes, and ultimately unraveling the contribution of microorganisms to weathering fluxes of primary minerals on Earth.