CE01 - Terre fluide et solide

Intégration des dynamiques microbiennes profondes dans la zone critique – IRONSTONE

Résumé de soumission

Le sous-sol est généralement considéré comme un environnement pauvre en carbone et en énergie, avec une croissance microbienne limitée et des taux de processus biogéochimiques réduits. Ces dernières années, un nombre croissant d’études a montré l'existence de communautés microbiennes profondes, capables de répondre activement aux variations des conditions environnementales. Ces communautés souterraines catalysent de nombreuses réactions redox, mais leur impact sur les processus géochimiques et les flux est encore très mal connu.
IRONSTONE rassemble une équipe interdisciplinaire en sciences de la Terre, écologie microbienne et mécanique des fluides pour explorer les interactions entre les processus hydrologiques, géochimiques et microbiens dans la Zone Critique. L'hypothèse centrale qui sera testée est que l'écoulement et les gradients chimiques augmentent l'activité microbienne en profondeur en favorisant la formation d'habitats redox et la réalisation de processus qui ne se produiraient pas dans des environnements homogènes. En étudiant les mécanismes et les échelles qui contrôlent ces “hot spots” et “hot moments” microbiens, IRONSTONE fournira une nouvelle compréhension de la façon dont la réactivité microbienne influence les flux biogéochimiques grande échelle.
Dans ce cadre, IRONSTONE ciblera sur l'oxydation du fer et les bactéries oxydantes du fer (FeOB). Les réactions d'oxydoréduction du fer jouent un rôle central dans les cycles biogéochimiques globaux. De plus, de part leur activité de fixation du CO2 sous forme organique, les FeOB peuvent fortement influencer les communautés microbiennes profondes. Nous avons récemment démontré qu’au sein des roches fracturées profondes, le mélange entre l'eau superficielle contenant de l’oxygène et les eaux souterraines profondes riches en fer entraîne la formation d'environnements microoxiques où les FeOB prospèrent. Ce mécanisme est probablement représentatif de la dynamique d'autres micro-organismes qui dépendent des donneurs et accepteurs d'électrons ségrégés spatialement, et permet une forte augmentation de l’activité microbienne dans les zones de mélange. En tant que tel, il peut profondément changer les représentations et les modèles que nous avons des environnements souterrains profonds.
IRONSTONE s'appuiera sur une méthodologie originale couplant microfluidique, génomique, géochimie et hydrologie pour comprendre et quantifier la dynamique des hot spots associés aux FeOB et leur impact sur les cycles et flux de la Zone Critique. IRONSTONE profitera des développements rapides de la microfluidique et de la micro-imagerie pour interroger le concept de gradients géochimiques à micro-échelle. Des dispositifs et expériences microfluidiques innovants permettront d'observer la croissance, la distribution et la morphologie de colonies minéralisées de FeOB soumises à des concentrations ou des gradients précis d'O2 et de Fe(II) (WP1). Ces observations microscopiques seront associées à la caractérisation des voies réactives et des flux géochimiques associés à la formation et à la dégradation de la biomasse des FeOB (WP2). Pour cela, IRONSTONE couplera la métagénomique et la métatranscriptomique, le marquage isotopique, et les approches de micro-imagerie et de thermodynamique. La passage à l'échelle du terrain sera étudié à l'aide de nouveaux traceurs basés sur des mesures continues de gaz dissous et isotopiques, y compris le fractionnement isotopique de l’O2, pour quantifier les contrôles microbiologiques des réactions et des flux d’éléments (WP3).
L'approche hautement interdisciplinaire développée ici fournira de nouvelles opportunités pour comprendre comment l'hétérogénéité spatiale et la variation temporelle des conditions environnementales affectent la dynamique de la croissance microbienne et la cinétique des réactions microbiennes dans le sous-sol, conduisant à un nouveau cadre pour intégrer les dynamiques microbiennes profondes dans les cycles et les flux de zones critiques.

Coordination du projet

Alexis Dufresne (ECOSYSTEMES, BIODIVERSITE, EVOLUTION)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Géosciences Rennes
ECOBIO ECOSYSTEMES, BIODIVERSITE, EVOLUTION
IPR INSTITUT DE PHYSIQUE DE RENNES
IPGP Institut de physique du globe de Paris

Aide de l'ANR 681 467 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2021 - 48 Mois

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