Etude de l’altération précoce des verres basaltiques par les microorganismes en contexte hydrothermal océanique: Exemple du sit de Lucky Strike (Dorsale Médio-Atlantique 37°N)

Résumé Les basaltes océaniques couvrent 60% de la surface de la planète et il a été démontré qu’une grande diversité de microorganismes peuple abondamment ce milieu étendu et ce, sur plusieurs centaines de mètres d’épaisseur sur lesquelles la croûte océanique est hydrologiquement active. Ces microorganismes aux stratégies métaboliques variées peuvent avoir un impact sur les processus d’altération des basaltes. Cependant leur implication est encore mal comprise en termes de mécanismes et d'amplitude du phénomène, principalement en raison de la difficulté à déterminer l'origine des produits de l’altération observés dans les échantillons naturels (origine biogénique ou abiotique). L’objectif de cette thèse a été de fournir des éléments de réponse à ces questions. A cet effet, une expérience pluriannuelle de colonisation in situ de verres basaltiques artificiels a été menée le long de la dorsale médio-atlantique (MAR), sur plusieurs sites actifs du champ hydrothermal de Lucky Strike (37 ° N, 32 ° W), et sur un site hors-axe situé dans les sédiments de la plaine abyssale (N35 ° 59,88; W29 ° 02 949) à l’est de la dorsale. Une approche pluridisciplinaire couplant des techniques d’écologie microbienne et de spectroscopie/microscopie a été réalisée sur les échantillons issus de cette expérimentation afin de lier les processus microbiens inférés aux phases d’altération du verre basaltique observées et caractérisées en fonction de l’environnement. Cette étude nous a permis de dégager les résultats majeurs suivants : 1) le Fe(II) structural du verre basaltique peut être utilisé par les microorganismes ferro-oxydants de la classe des Zetaproteobacteria comme seule source d’énergie, contribuant significativement à son altération précoce; 2) la colonisation microbienne du verre basaltique dans les zones de mélange abondant entre l’eau de mer et le fluide hydrothermal, est fortement influencée par les caractéristiques physico-chimiques du fluide de haute température (« end-member ») et ceci quel que soit le redox du substrat présent dans les colonisateurs, qui ne conditionnera pas la nature basaltique de l’habitat ni la communauté microbienne associée ; 3) en contexte hydrothermal, le verre basaltique ne représente pas une source d’énergie métabolique préférentielle pour les microorganismes et l’altération précoce du verre basaltique, que ce soit par des processus bio-catalysés ou de manière abiotique, n’y est pas significative. Summary Seafloor basalts represent 60% of the Earth surface and host a great diversity of microorganisms, from the surface to up to several hundred meters below seafloor, where the oceanic crust is hydrologicaly active. These microorganisms, showing diversified metabolic strategies, can impact the weathering processes of the basaltic crust. Nevertheless, the basalt/microorganisms interactions are not completely understood and the mechanisms and their magnitude are still unclear, mainly due to the difficulty to differentiate between biotic and abiotic alterations figures, and to attribute a microbiological origin to the alteration by-products. The aim of this work is to bring some constrains in order to answer these questions. With this aim, each year we performed in situ colonisation experiments on synthetic basalt glasses at several hydrothermal sites of the Lucky Strike hydrothermal vent field (Mid-Atlantic Ridge; 37 ° N, 32 ° W) and at an off axis site located in a sedimentary abyssal plain (N35 ° 59,88; W29 ° 02 949). A pluridisciplinary approach combining microbial ecology and spectroscopy/microscopy have been carried out on the samples allowing linking the microbial processes inferred to the alteration phases observed and characterized regarding the environment. We obtained the following major results: 1) the iron-oxidizing Zetaproteobacteriai are able to use the structural Fe(II) of the basalt glass as only energy source, inducing a significant early weathering; 2) the microbial colonization of the basalt glass in the mixing zone between the hydrothermal fluid and the seawater is strongly influenced by physico-chemical characteristics of the end member fluids regardless of the redox of the substrate. This redox state does not influence the nature of the basaltic habitat and the associated microbial communities; 3) in hydrothermal context, the basalt glass is not a preferential energy source for microorganisms and its early weathering is not significant.