Étude de la biominéralisation de carbonates intracellulaires et de silicates de magnésium hydratés dans des environnements lacustres alcalins

Les stromatolites sont des roches organo-sédimentaires laminées composées de carbonates de Ca et/ou Mg mais également de silicates de Mg dans certains cas. Les processus impliqués dans leur formation restent encore mal compris. L’objectif central de cette thèse est de mieux comprendre les processus géochimiques et géomicrobiologiques permettant de favoriser ou au contraire de défavoriser la formation des carbonates et silicates de magnésium dans les environnements lacustres alcalins mexicains. Deux axes principaux ont été développés. Le premier axe s’est focalisé sur les analyses de souches formant des carbonates de calcium amorphes (ACC) intracellulaire (ACC+) ou non. Une grande diversité de souches de cyanobactéries a été analysée pour leur capacité à incorporer le Ca. De plus, l’impact des alcalino-terreux sur la croissance de certaines de ces souches a été déterminé. A partir de cette étude, nous avons mis en évidence que les souches de cyanobactérie ACC+ incorporent plus de Ca que les autres et qu’elles le stockent principalement dans les inclusions d’ACC et dans les polyphosphates (polyP). De plus, nous avons déterminé que les souches ACC+ ont relativement plus besoin de Ca pour leur croissance et certaines d’entre elles sont capables de substituer le Ca par du Sr et Ba. Nous proposons que les inclusions d’ACC 1) peuvent servir de ballasts, 2) peuvent tamponner le pH intracellulaire et équilibrer la formation d'hydroxyde par conversion de HCO3 en CO2 lors de la fixation du carbone et 3) alternativement, ils peuvent servir de forme de stockage de carbone inorganique disponible pour les cellules sur des périodes limitées en C. De plus, les polyP pourraient être impliqués dans le stockage de Ca. Plus largement, les cyanobactéries ACC+ pourraient favoriser la dissolution de carbonate de Ca et par extension celle des stromatolites. Le second axe s’est intéressé à l’étude de la formation de silicates de magnésium dans les sédiments et mésocosmes analogues de 3 lacs alcalins mexicains mais également par des expériences de biominéralisation. Les analyses minéralogiques et chimiques des silicates de magnésium ont été couplées aux caractérisations géochimiques des solutions. L’étude des sédiments a montré la formation de deux smectites, l’une pauvre et l’autre riche en Al et également de smectite ferrugineuse ou sans forte teneur en Fe. Plusieurs interprétations ont été proposées quant à leur formation : 1) la dissolution conjointe d’hydromagnésite et des frustules de silice biogénique, 2) elle est héritée de la colonne d’eau, 3) est liée à l’altération des feldspaths dans les sédiments et 4) à la biominéralisation dans la colonne d’eau. Il a également été montré qu’une souche de cyanobactéries est capable d’induire la précipitation de silicates de magnésium en milieu non tamponné. Dans les mésocosme des lacs alcalins, la formation de silicate de Mg serait directement liée à la composition minéralogique des microbialites, et possiblement des diatomées permettant l’apport de Si dans la solution et localement dans le biofilm, et est biologiquement influencée par les EPS des communautés microbiennes.