Les substances EXOpolymériques comme catalyseurs des réactions DIAgénétiques: implication pour l'accumulation des métaux dans les estuaires actuels et anciens – EXODIA

Les estuaires sont des environnements à forte productivité, où la transition de l’eau douce à l’eau de mer entraîne une disponibilité et une accumulation accrue des métaux. Ainsi, les estuaires sont des laboratoires naturels pour étudier les relations entre les biofilms, le sédiment, l’eau et les métaux. Les biofilms estuariens sont riches en substances exopolymériques (EPS), principalement produites par des diatomées et des bactéries. Les EPS permettent l’attachement des microorganismes au substrat sédimentaire et les protègent de la dessication et des polluants. Elles portent également des groupements réactifs leur permettant de former des complexes avec des minéraux, mais également d’adsorber de grandes quantités de métaux. Nos résultats récents ont montré que ces EPS pouvaient être préservés plusieurs mètres sous la surface du sédiment. Une partie des EPS pourrait donc résister à l’altération microbienne et diagénétique, mais également former des complexes organo-minéraux avec des métaux et des argiles. Cependant, ces interactions potentielles et leur évolution en subsurface restent méconnus. EXODIA propose d’étudier le devenir des complexes EPS-métaux en profondeur, notamment grâce à des carottes sédimentaires prélevées dans deux estuaires, la Gironde et la Guadiana.
Le premier objectif du projet et de déterminer les métabolismes microbiens clés dans le cycle des EPS sédimentaires. Pour ceci, nous caractériserons les changements de composition du sédiment et des eaux porales, ainsi que l’activité microbienne et les EPS en fonction de la profondeur. Le second objectif est d’isoler et de cultiver les producteurs et consommateurs d’EPS. Après identification spectrométrique ou génomique des isolats, la représentativité de ces souches sera vérifiée par comparaison avec un metabarcoding des communautés sédimentaires.
Une modification de la disponibilité des métaux en présence d’EPS réactifs pourrait jouer un rôle majeur dans la diagenèse des argiles. Le troisième objectif sera d’analyser la capacité d’EPS extraits du sédiment ou produits en culture à former des complexes avec des métaux, menant potentiellement à leur précipitation. La concentration et la spéciation des métaux dans les EPS sera déterminée par des techniques spectroscopiques ou microscopiques. Nous mesurerons l’affinité des EPS pour les métaux par des titrations et des mesures calorimétriques. Sept métaux ont été sélectionnés : Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Cd and Cu.
Le quatrième objectif est de caractériser les transformations des EPS et des minéraux au cours d’expériences de diagenèse forcée reproduisant les conditions rencontrées par le sédiment lors de son enfouissement dans un bassin sédimentaire. Pour la première fois, EXODIA fera un suivi des complexes EPS-métaux-argiles dans des conditions diagénétiques. Nous anticipons la formation de phases minérales authigènes similaires à celles rencontrées dans des grès estuariens anciens. Enfin, le cinquième objectif sera de chercher des biosignatures des interactions EPS-métaux dans une série de grès estuariens anciens ayant subi des conditions croissantes de diagenèse et d’enfouissement. EXODIA explorera la présence de traces organiques ou inorganiques d’EPS ou d’interactions EPS-métaux, par exemple à l’intérieur d’enveloppes d’argiles détritiques (clay coats). Nous caractériserons les molécules des EPS modernes et leurs produits de dégradation au cours de la diagenèse. Cette stratégie guidera notre recherche d’EPS dans les roches anciennes. Pour ceci, nous utiliserons des techniques innovantes permettant de travailler avec de très petites quantités de matériel. Les résultats d’EXODIA pourraient permettre de reconstituer le cycle biogéochimique EPS-métaux dans les estuaires actuels et anciens, avec de fortes implications en bioremédiation.