Les microorganismes seraient-ils le principal vecteur de l’altération de subsurface ? Vitesses, acteurs, mécanismes et empreintes nanométriques de l'altération microbienne des silicates – Mobidic

L’objectif de ce projet est de fournir la toute première évaluation réaliste de la contribution des microorganismes aux taux d'altération des silicates en subsurface, considérée ici comme la zone s’étendant de la saprolite aux premiers hectomètres de la croûte continentale. La motivation est simple : ~70% des bactéries et des archées vivent sous terre, et on soupçonne depuis longtemps que ces microorganismes contribuent significativement à l’altération des silicates. L’altération est en outre un processus fondamental pour la géodynamique chimique de notre planète, contrôlant la pédogenèse et le renouvellement des stocks de nutriments dans les sols, tout en intervenant dans le cycle du carbone et le climat de la Terre sur des échelles de temps géologiques. Cependant, les taux et les mécanismes de l'altération d’origine microbienne des silicates restent essentiellement inconnus, et la composante microbienne n’intervient donc pas dans les modélisations actuelles de l’altération. La proche subsurface, et en particulier, celle rencontrée en milieu basaltique, est en outre considérée comme un hôte potentiel des premiers stades de la vie sur Terre, et représente une cible de choix pour injecter massivement du CO2 dans le but de lutter contre le réchauffement climatique, dont le succès repose fortement sur la réactivité des silicates. Ainsi, l’acquisition d’une connaissance approfondie des contributions biotiques et abiotiques respectives aux taux d'altération des silicates de subsurface représente un objectif fondamental et urgent.
L’atteinte de cet objectif nécessite de dépasser l’approche conventionnelle de l’étude de la dissolution des silicates induite par des microorganismes, consistant en l’utilisation de milieux de culture d’une part, et de minéraux fraîchement broyés d’autre part. Un tel protocole favorise en effet la stimulation de l’activité microbienne tout en exacerbant la réactivité du substrat minéral, ce qui résulte en une surestimation drastique de la contribution effective des microorganismes aux taux d’altération dans le milieu naturel.
Ce projet offre une solution : Une approche interdisciplinaire et non conventionnelle permettant d’évaluer la contribution des microbes aux taux d'altération des silicates dans des milieux environnementaux complexes, que nous avons récemment mise en œuvre pour fournir les premières estimations de la contribution des hyphes fongiques à l’altération des silicates dans les horizons de surface des sols. Cette approche consiste à remplacer les mesures classiques du relargage élémentaire en solution pour quantifier les vitesses de dissolution par des mesures nanotopographiques non invasives des substrats ayant réagi dans des solutions naturelles. Ces substrats seront traités au préalable pour obtenir des propriétés de surface qui simulent différentes stades de vieillissement des silicates. Ces mesures de vitesse seront combinées à des études de la diversité microbienne associée aux substrats pour identifier les acteurs microbiens de l’altération, ainsi qu’à des caractérisations innovantes à l'échelle nanométrique des surfaces ayant réagi couplées à une modélisation ab initio du processus de dissolution pour confirmer les mécanismes et biosignatures de l’altération d’origine microbienne. Cette stratégie fournira une image sans précédent du fonctionnement et des taux de d’altération microbienne des silicates en contexte de subsurface.