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Intitulé français : Processus de bio-érosion dans les foraminifères benthiques en relation avec la
dispersion en métaux dans l’environnement.
Intitulé anglais: Bioerosion by microbial euendoliths in benthic foraminifera and their relation
with heavy metal dispersion in the environment.
Localisation : UMR 7193 Institut des Sciences de la Terre de paris
Equipe d’accueil : Biominéralisations et Environnements Sédimentaires / ISTeP UMR 7193
Nom du directeur de thèse: Pierpaolo Zuddas Pr UPMC - UFR 918 TEB
Adresse courriel du contact scientifique : [email protected]
Description du projet/sujet de thèse
L’accélération des processus de dissolution des squelettes des organismes carbonatés observée dans
l’océan actuel peut être considérée comme une réponse à la possible acidification actuelle des océans
(Wisshak et al. 2012). Pour certains auteurs cette perturbation pourrait altérer le bilan global du
carbone. Dans la région méditerranéenne ont été identifiés plusieurs sites critiques montrant que
l'activité industrielle a déclenché un processus de détérioration des conditions environnementales des
écosystèmes côtiers. Ce projet veut apporter une contribution à l'étude des processus de bio-érosion,
par l’analyse des processus de dissolution intense observés dans des coquilles de carbonate de
foraminifères benthiques de certaines zones côtières industrialisées. Les foraminifères benthiques sont
utilisés comme des marqueurs de l’environnement car ils le subissent. Le projet comporte trois étapes:
I - Caractérisation environnementale des zones par l’analyse minéralogique et géochimique des
sédiments de fond et des coquilles de foraminifères, afin de vérifier la présence de métaux lourds.
Quantification de la biodiversité : Fisher-α index, indice de Shannon-Weaver,..
II - Description fine des processus de bio-érosion sélectifs (spécifique à l'espèce) des coquilles de
foraminifères de carottage dans les sites contaminés et ‘naturels’. Les individus bio-érodés
sélectionnées seront étudiés par MEB, MET-HR et AFM pour évaluer les formes d’érosion,
l’orientation des domaines cristallins, les interruptions de la cristallinité. L’environnement de
coordination des métaux sera évalué par l’analyse XAS effectuée au rayonnement synchrotron. La
microstructure de la bio-érosion des coquilles et la persistance éventuelle de molécules organiques qui
ont pu avoir un rôle dans la fixation des métaux lourds sera étudiée par tomographie de rayons X.
III - Etude de la variation de solubilité des tests carbonatés infectés et non infectés; les coquilles sont
des méso-cristaux qui ont été construites par des molécules organiques spécifiques complexant le
calcium et le magnésium. L’évaluation de la solubilité de ces solides est donc centrale pour quantifier
l’effet de la bio-érosion sur la vitesse de dissolution des réservoirs carbonatés. Evaluation de la
variation des structures des méso-cristaux des coquilles des foraminifères.
Argumentaire scientifique présentant les enjeux de thèse
Les processus de bio-minéralisation de coquilles de foraminifères benthiques sont particulièrement
instructifs pour évaluer les changements de l'environnement marin. Dans des sites spécifiques marins
dégradés (Cherchi et al. 2012, De Giudici et al., sous presse), caractérisés par des concentrations
élevées de métaux lourds et par la dégradation de la qualité de l'eau (acidification), le taux de
bioérosion sur les bio-calcites tend à augmenter avec l'augmentation du flux de polluants. Un
changement des propriétés des bio – minéraux est observé et la cause est attribuée à l’action de
microorganismes euendoliths (microborings: cyanobactéries, chlorophycée et champignons). On
observe que les coquilles intensément bio-érodées présentent des variations du rapport Mg / Ca: les
coquilles de haut-Mg ont une plus grande solubilité lorsque profondément infestés par les
microborings. La capacité de produire du carbonate de calcium par les organismes marins (calcifiants)
n’est pas constante dans le temps. Le taux de production de CaCO3 peut diminuer dans les milieux
marins caractérisés par des concentrations élevées de métaux lourds (résultant d’activités humaines ou
naturelles), tandis que le taux de bio-érosion et la dissolution de CaCO3 pourraient augmenter. Ce
projet vise à déterminer les mécanismes de bio-érosion spécifiques aux sites caractérisés par une
pollution aux métaux lourds et à vérifier l'étendue et l'intensité des coquilles bio-érodées haut Mg
(porcellanés) et bas-Mg (hyalin) des foraminifères benthiques à travers l'analyse intégrée
micropaléontologique, géochimique et minéralogique des carottes de sédiments. Les résultats attendus
sont :
- Détermination des rapports Me (Mg, Sr,..) / Ca de certaines espèces de foraminifères benthiques par
rapport aux différents types de coquilles dans une période de temps définie.
- Compréhension de la microstructure du carbonate des coquilles et son évolution dans le cycle de vie
des foraminifères.
- Identification des communautés microbiennes responsables des processus de bio-érosion des
coquilles de foraminifères benthiques et compréhension des processus de dissolution bio-induite
(dissolution sélective) sur les coquille à basse et haute teneur en Mg.
- Compréhension des mécanismes d'absorption des métaux lourds par les foraminifères et de leur
incorporation dans la coquille. Prédiction de l'adaptation des organismes aux changements.
Programme de rattachement / Financement
Ce travail s’insère dans une collaboration entre ISTEP, l’Université de Cagliari (Italie) et le Max
Planck Institut de Potsdam (Allemagne). Les frais d’analyses en Allemagne et Italie sont couverts
ainsi que l’accès au rayonnement de synchrotron (Deutsche Forschungsgemeinschaft et PRIN Italia).
Un projet européen est en cour de déposition.
Allemagne :
Dr. D. Faivre, Max Planck Institut, Potsdam, Instit. Für Colloids, Postdam,
Dr. S. Spezial, Helmholtz Center Potsdam, GFZ Research Centre for Geoscience
Italie :
Profs A. Cherchi et G. de Giudici. Université Cagliari (Italie). Dép. Sciences de la
Terre.
Connaissance et compétences requises :
Un master en géosciences ou microbiologie ou sciences des matériaux