Thèses en cours

Kevin LEPOT

Recherche et caractérisation de traces d’activité de microorganismes dans des échantillons de roches archéennes non altérées : forages de North Pole (3.525 Ga) et Tumbiana (2.72 Ga), Pilbara, Australie Occidentale

sous la direction de Pascal PHILIPPOT

Stromatolite en dôme, site de forage de la formation de Tumbiana

Un des enjeux principaux de cette thèse est de démontrer l’origine biologique de la matière carbonée et des structures, telles que les stromatolites, trouvées dans ces roches archéennes. Une fois cela réussi, on doit distinguer les marqueurs biologiques liés à des structures primaires de la roche contemporaines de sa formation, de ceux qui pourraient marquer de possibles contaminations tardives par des organismes de sub-surface. Enfin, on pourra associer leur présence à une minéralogie particulière pour estimer l’influence des organismes sur la précipitation des minéraux et ainsi formuler des hypothèses sur les métabolismes anciens.

Dans cette perspective, nous mettons en place un protocole de caractérisation in situ des microfossiles supposés et de la matière organique préservées dans les roches, fondé sur la combinaison des techniques de microscopie et spectroscopie de haute résolution :
- localisation précise de la matière carbonée par spectroscopie micro-Raman
- étude des minéraux associés par microscopie électronique à balayage et microsonde électronique
- caractérisation des fonctions organiques par spectroscopie d’absorption des rayons X synchrotron (XANES) au seuil du carbone, FT-infrarouge, micro-FT-infrarouge synchrotron
- étude de la minéralogie fine par microscopie électronique en transmission
- caractérisation de l'état d'oxydation du soufre par spectroscopie d'absorption X (XANES)

Christophe THOMAZO

Métabolismes à l'archéen supérieur (2,7 Ga) dans leurs environnements

sous la co-direction de Pascal PHILIPPOT et Magali ADER (Physico-chimie des fluides géologiques)

Spectromètre de masse delta plus

Ce sujet de thèse propose une étude intégrée la formation sédimentaire de Tumbiana datée à 2,7 Ga. Cette période clé montre la première grande "excursion négative du carbone de la matière organique", l'augmentation soudaine du rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr de l'eau de mer et la disparition des fractionnements indépendants de la masse des isotopes du soufre dans les sulfures sédimentaires. Les échantillons proviennent d'un forage (« Pilbara Drilling Project » CNRS, IPGP et Geological Survey of Western Australia) et représentent une collection unique de roches fraîches
à 2,7 Ga.

Ligne à vide Carbone

La caractérisation des biotopes et métabolismes (photosynthèse anaérobie, sulfato-réduction, méthanogenèse, méthanotrophie) fossilisés dans ces échantillons sera abordée selon trois approches complémentaires :
· caractérisation pétrologique (MEB, imagerie synchrotron, Raman) et chimique (traces et majeurs)
· isolation et caractérisation structurale et chimique du kérogène
· mesure des compositions isotopiques d'un maximum de phases constitutives de ces échantillons : δ¹³C des carbonates et de la matière organique, δ¹⁸O des silicates et des carbonates, δ¹⁵N de la matière organique, très peu de données disponibles à l'heure actuelle, et δ³⁴S et δ³³S des sulfures (Installation d'un couplage ablation laser-spectrométrie de masse isotopique permettant l'analyse conjointe du δ³⁴S et δ³³S de sulfures individuels).

Yuheng WANG

Structure et réactivité des (oxyhydr)oxydes de fer biogéniques :
Contrôle de la mobilité des éléments traces dans les milieux anaérobies

sous la co-direction de Guillaume MORIN, Georges ONA-NGUEMA et Georges CALAS
en collaboration avec: Nicolas MENGUY, François GUYOT

Maintien de l'anoxie en boîte à gants (O₂ ≤ 1 ppm)

Les (oxyhydr)oxydes de fer sont très répandus dans les environnements terrestres comme les sols et les sédiments. Grâce à leurs grandes surfaces spécifiques, ces minéraux adsorbent efficacement les éléments traces toxiques. Les microorganismes jouent un rôle clé dans la dynamique de ces éléments car ils peuvent modifier les minéraux des (oxyhydr)oxydes de fer, directement via l'oxydation ou la réduction enzymatique et indirectement via la complexation par des composés organiques.

Dans ce contexte, la bioréduction des (oxyhydr)oxydes de fer représente un enjeu environnemental important dans la mesure où elle est susceptible de provoquer la mobilisation d'éléments traces toxiques dans les nappes phréatiques. En réponse à cette question nous étudions, au laboratoire, le rôle des microorganismes dans les transformations minéralogiques affectant les oxyhydroxydes de fer dopé en éléments traces en conditions anoxiques. Les biominéraux néoformés sont caractérisés à l'aide de spectroscopies du solide et de techniques de microscopie analytique.

Plus d'informations:

Ona-Nguema G., Morin G., Juillot F., Calas G, Brown JR. G.E. (2006) EXAFS analysis of arsenite adsorption onto 2-line ferrihydrite, hematite, gÂœthite, and lepidocrocite: Influence of the surface structure. Environ. Science Technol., 39, 9147-9155.

Ona-Nguema G., Abdelmoula M., Jorand F., Benali O., Géhin A., Block J-C., Génin J-MR. (2002) Iron(II,III) hydroxycarbonate green rust formation and stabilisation from lepidocrocite bioreduction. Environ. Science Technol., 36, 16-20.

Sébastien DUPRAZ

Rôles des microorganismes de subsurface dans les processus de séquestration géologique du CO₂

sous la co-direction de Bénédicte MENEZ et François GUYOT

Une des voies envisagées pour réduire les quantités de CO₂ atmosphérique consiste à le stocker dans des réservoirs géologiques profonds sous forme fluide ou minérale, en le transformant dans ce dernier cas en carbonates. L’existence d’une biosphère de subsurface, active et variée d’un point de vue métabolique, amène naturellement à se poser la question de sa réponse aux injections et de son action sur les réactions de séquestration à toutes les échelles de temps.
Si la production bactérienne de carbonates par différentes voies métaboliques est maintenant établie, beaucoup de questions subsistent sur les interactions de ces microorganismes avec les fluides injectés et leurs éventuelles implications dans la minéralisation. L’objectif de ce travail consiste donc, par une double approche naturaliste et analogique, à appréhender les processus géomicrobiologiques mis en jeu. Il repose sur une approche expérimentale où seront évalués au travers de différentes expériences analogiques (confinement en conditions contrôlées, percolation réactive en milieu poreux et fracturé), les cinétiques et volumes mis en jeu. Ces expériences seront réalisées à partir de souches microbiennes ou consortium sélectionnés pour leur représentativité. Nous pourrons ainsi suivre l’évolution de la composition des populations microbiennes au sein de ces dispositifs expérimentaux soumis à des modifications des paramètres physico-chimiques. La comparaison des profils microbiens obtenus permettra d'établir des rapports particuliers entre les communautés favorisées et les différents paramètres physico-chimiques considérés (pH, température, composition des fluides injectés, apport de CO₂). Ces systèmes permettront in fine d’étudier à différentes échelles (microscopiques et mésoscopiques), les activités métaboliques, notamment celles qui affectent la consommation de CO₂ dans le milieu, et d’établir des modèles de fonctionnement de ces écosystèmes microbiens. Cette thèse s’effectue dans le cadre du programme de recherche sur la séquestration géologique du CO₂ en partenariat entre l’IPGP, Total et Schlumberger.

Jennyfer MIOT

sous la co-direction de Karim BENZERARA et François GUYOT

Nicolas RIVIDI

Diagenèse et hydrothermalisme de sédiments marins archéens issus de North Pole Dome (Ouest de l'Australie, 3,490 Ga) : une fenêtre sur les environements des premiers organismes vivants

sous la direction de Pascal PHILIPPOT et Gaston GODARD