Architecture de la lithosphère des dorsales lentes – Colonisation et altération des roches océaniques à l’axe des dorsales lentes par les microorganismes : influence des conditions environnementales.

Ce manuscrit présente l’évolution de mon travail scientifique depuis la soutenance de ma thèse en 1994, et mon entrée au CNRS en 1995. Ce travail peut se scinder en deux grands thèmes : 1. L’architecture (structure et composition) de la lithosphère océanique des dorsales ultra-lentes : ce thème représente la suite de mon travail de thèse, et le thème défini lors de mon entrée au CNRS. Mes recherches se sont focalisées sur la structure 3D de la lithosphère océanique au niveau de la dorsale Sud Ouest-Indienne. Mon travail, basé sur des données que j’ai acquises au cours de campagnes océanographiques sur cette dorsale ultra-lente, a permis de définir des sections de dorsale, caractérisées par une segmentation différente en lien avec la structure thermique et les apports magmatiques. Une lithosphère épaisse et froide, ainsi qu’un apport magmatique très focalisé et limité favorisent des segments très courts et de larges domaines de discontinuités. C’est le cas de la section entre Melville FZ et le point triple, caractérisée par des hauts bathymétriques obstruant la vallée axiale, et leur distribution asymétrique hors-axe. Mes travaux ont ouvert la voie à d’autres campagnes et à une caractérisation plus poussée de cette structure assez particulière de la lithosphère océanique des dorsales ultra-lentes, afin d’expliquer la distribution et la durée limitée d’un afflux de matériel fondu le long des portions de dorsale par ailleurs caractérisées par un faible apport magmatique. 2. La colonisation microbienne et son implication sur l’altération des roches océaniques à l’axe des dorsales lentes en fonction de l’influence hydrothermale : ce second thème a émergé de l’observation des variations d’aimantation à l’axe des dorsales et le constat sur l’abondance et l’influence des microorganismes de surface et subsurface sur les processus d’altération. J’ai développé, dans le cadre du projet national et européen MoMAR (Monitoring of Mid Atlantic Ridge), devenu EMSO (Europe Multidisciplinary Seafloor and water-column Observatory) Açores, une expérimentation long terme de colonisation in situ de substrats, représentatifs de la croûte océanique, au niveau des sites hydrothermaux actifs de Lucky Strike sur la dorsale Médio Atlantique (37°37’N / 32°17’W). Mon étude de géomicrobiologie, alliant étude de diversité microbienne, culture cellulaire, et caractérisation chimique, spectroscopique et minéralogique détaillée des substrats colonisés, m’a permis de comprendre le rôle des communautés bactériennes dans les processus d’altération de la croûte océanique jeune, et d’évaluer l’impact de l’environnement hydrothermal sur ces processus. J’en ai déduit un schéma de l’altération des basaltes en fonction de l’influence hydrothermale avec, en contexte hydrothermal des basaltes qui servent essentiellement de support de colonisation pour des bactéries plutôt sulfo-oxydantes comme colonisateurs primaires, et à l’origine des nanocristaux de sulfates associés à la matière organique. Rapidement les communautés basées sur l’hétérotrophie colonisent également ces substrats et deviennent dominantes dans la diversité. Lorsque l’influence hydrothermale diminue, le milieu environnant devient plus oxydant et l’hétérotrophie devient le métabolisme dominant. On voit apparaître à la surface des verres des dépôts éparse d’oxydes (fer et manganèse) et de sulfates. Ces dépôts sont souvent recouverts de biofilms et de cellules. Enfin en milieu non hydrothermal, donc plutôt oxydé, on favorise, localement à la surface des basaltes enrichis en Fe(II), la colonisation et la croissance de bactéries ferro-oxydantes neutrophiles et micro-aérophiles qui utilisent le Fe(II) structurel du verre comme source d’énergie. Abstract This manuscript shows the evolution of my scientific researches since my PhD defense (1994), and joining the CNRS (1995). My work can to split into two main themes: 1. The architecture (structure and composition) of oceanic lithosphere created at ultra-slow spreading ridges: this theme is the continuation of my thesis, and the theme set when I joined the CNRS. My research has focused on the 3D structure of the lithosphere created at the South-West Indian Ridge (SWIR). My work is based on geophysical data acquired on oceanic cruises I attended. I have highlighted various sections along the SWIR, characterised by a segmentation pattern linked with the lithospheric thermal structure and magmatic budget. Thick and cold lithospheres, together with a focused and poor magmatic budget, promote short segments and wide discontinuities domains. Thereby, the ridge section between Melville F.Z and Rodriguez Triple Junction is characterised by large magmatic construction filling the axial valley at segment centre, and pronounced asymmetric seafloor relief between the two ridge flanks. My results have initiated more oceanic cruises and works in order to better characterise the lithospheric structure of this portion of ultra-slow spreading ridge, and to explain the distribution and periodicity of melt focusing in a context of poor magmatic budget. 2. The microbial colonisation and its influence on oceanic rock weathering, depending to hydrothermal vent proximity: this second research theme comes from the observations on magnetization changes along the ridge axis, and the finding of the abundance and the influence of widespread microorganisms on the rock weathering. Through the national and European project MoMAR (Monitoring of Mid Atlantic Ridge), now EMSO (Europe Multidisciplinary Seafloor and water-column Observatory) Azores, I have developed, at Lucky Strike hydrothermal field (MAR, 37°37’N/32°17’W), a long term in situ microbial colonization experiment, using representative substrates of the oceanic crust. Through my study of microbial diversity, microbial culture and chemical, spectroscopic and mineralogical characterisation of colonised substrates, I have highlighted the role of microbial communities in weathering processes of young oceanic crust, and have evaluated the impact of hydrothermal environment on theses processes. I’m proposing a scheme of basalt weathering according to the hydrothermal influence: in hydrothermal context, basalts essentially serve as colonization support for rather sulphur-oxidizing bacteria as primary colonizers, at the origin of sulphate nano-crystals associated with organic matter to the basaltic glass surface. When the hydrothermal influence decreases, the surrounding environment becomes more oxidizing and heterotrophic metabolism becomes dominant. Sparse iron- manganese-oxides and sulphate appear at the basaltic glass surface, frequently associated with biofilms and/or microbial cells. Finally without hydrothermal influence, then in oxidised environment, the colonization and growth of iron-oxidising bacteria is locally favoured at the surface of Fe(II) enriched basaltic glasses. These neutrophilic, microaerophilic iron-oxidizing Zetaproteobacteria use the structural Fe(II) of basaltic glass as energy source.