Projet ANR-13-BS06-0001 – Dziani : Ecalairages sur les océans précambriens par l'étude biogéochimique et microbiologique d'un analogue actuel: le lac Dziani Dzaha, Mayotte.
Programme : Blanc - SIMI 6 - Système Terre, environnement, risques (Blanc SIMI 6)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame magali ADER (Institut de Physique du Globe de Paris)
Partenaires : Institut polytechnique Grand Paris; Écologie des Systèmes Marins Côtiers; Molécules de Communication et Adaptation des Microorganismes
Montant : 394987.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Comprendre les océans primitifs en étudiant un lac actuel:  le Dziani DzahaLes  archives à notre disposition pour caractériser les océans primitifs sont les sédiments qui s'y sont déposés. Leur interprétation est facilitée par l'étude des sédiments actuels, déposés dans des environnements très variés, dont le  Dziani Dzaha représente l'un des extrèmes
Caractériser la biogéochimie du Dziani Dzaha et son enregistrement sédimentaireL'objectif général du projet Dziani est de permettre de mieux interpréter les roches sédimentaires anciennes afin de mieux comprendre comment fonctionnaient les océans anciens. L'étude de lacs actuels ressemblant par certains aspects aux océans anciens est une des manières de progresser dans cette direction. Le lac choisi pour cette étude est le Dziani Dzaha (lac de cratère situé sur l'île de Petite Terre de Mayotte). Celui-ci possède une combinaison unique d'analogies avec les océans anciens, dont une signature isotopique du carbone anormalement positive enregistrée dans ses sédiments. Cette signature est aussi retrouvée à certaines époques de la Terre ancienne et plusieurs hypothèses explicatives ont été avancées pour tenter de l'expliquer. Comprendre les mécanismes qui  sont à l'origine de ces analogies dans le Dziani Dzaha devrait permettre d'apporter des arguments  en faveur de l'une ou l'autre de ces hypothèses.
Etude intégrée de la biodiversité et biogéochimie du lac Dziani DzahaQuatre missions de terrains ont été réalisées permettant d'équiper le lac de systèmes de mesure en continu (station météo de base, limnigraphe et  sondes thermique et à oxygène), de faire des mesures ponctuelles et de prélever des échantillons d'eau et de sédiments. Les échantillons sont en cours d'analyse pour leur composition chimique, leur contenu biologique (diversité, abondance et activités des microorganismes: activité photosynthétique et respiratoire, métagénomique, microscopie optique et cytométrie en flux) et les compositions isotopiques du carbone (carbone inorganique dissous et matière organique) de l'azote de la matière organique et du soufre des sulfates et sulfures. La composition minéralogique des sédiments est aussi en cours d'étude ainsi que les liens structuraux entre micro-organismes et carbonates dans les constructions carbonatées apellées stromatholites que l'on trouve dans le lac.
Résumé de la soumission : Les variations séculaires de la composition isotopique du carbone enregistrées dans les roches sédimentaires carbonatées (d13Ccarb) montrent une relative stabilité au cours des temps géologiques. Les valeurs de d13Ccarb sont essentiellement proches de zéro sauf à certaines époques relativement bien identifiées où elles peuvent devenir plus négatives ou plus positives (i.e. excursions négatives ou positives). Ces excursions ont longtemps été interprétées comme la résultante de modifications du cycle biogéochimique du carbone et des cycles biogéochimiques associés (dont celui de l'oxygène) réalisées à l’échelle planétaire. Ce projet a pour objectif de tester l'hypothèse alternative récemment proposée pour les deux principales excursions positives (celles de 2,2 à 2,0 Ga et de 780 à 580 Ma) : elles seraient le résultat d'accumulation, à une échelle régionale, de carbone inorganique dissous issu de la méthanogenèse, seul métabolisme connu qui génère du carbone inorganique enrichi en 13C. Le lac salé Dziani Dzaha (Mayotte, Océan Indien) a été récemment identifié par le consortium de ce projet comme un analogue probable des océans précambriens au moment des excursions positives de d13Ccarb. Cette analogie est basée essentiellement sur des résultats préliminaires qui montrent : une anoxie permanente sous 1,5 mètre de profondeur, une écrasante domination des prokaryotes dans l’écosystème; la production de méthane par les sédiments; la précipitation de microbialites et de sédiments carbonatés dans le lac avec un d13C voisin de +13‰ ; une combinaison d’analogies sans précédent à ce que l’on pense étaient les océans précambriens. Le projet DZIANI, propose une étude intégrée biogéochimique et microbiologique de cet écosystème probablement unique en son genre à l’échelle mondiale. Le premier objectif est (i) de mettre en évidence le cycle biogéochimique du carbone à l’échelle du lac, (ii) d’étudier les autres cycles biogéochimiques (N, S et Fe) et leurs liens avec celui du carbone, (iii) de caractériser la biodiversité des microorganismes dans les différents compartiments du lac (virus, Cyanobacteria et autres Bacteria, Archaea et eukaryotes) et (v) d’identifier les principales activités métaboliques qui contrôlent la chimie du le lac et d’en déterminer expérimentalement les fractionnements isotopiques. Le deuxième objectif est d’identifier les signatures chimiques, isotopiques (d13Ccarb, d34S, d56Fe, d15N) et minéralogiques qui sont enregistrées par les sédiments et les microbialites du lac et qui pourront être utilisée ultérieurement pour rechercher dans les archives sédimentaires des environnement similaires.
Résultats : Les missions réalisées ont confirmé l'étonnante stabilité dans le temps de ce système atypique: du point de vue de l'écosytème, de la biomasse, de la chimie du lac et de la composition isotopique du carbone inorganique dissous (+13‰). Une  synergie se met en place progressivement avec un projet financé par la fondation d'entreprise Total (projet DZAHA) à hauteur de 95 k€ pour étudier la biodversité, et  un autre avec Total R&D pour étudier les sédiments (200 k€).
Perspectives : Les caractéristiques de ce lac et leurs stabiilté au cours du temps sont très atypiques. Comprendre comment elles se maintiennent peut permettre en autres: 1- de les reproduire industriellement en vue d'obtenir  de fortes productions de biomasse et de biogaz; 2- de comprendre comment les océans primitifs ont pu fonctionner; 3- de comprendre comment certains sytèmes lacustres ont pu donner naissance à des gisements de pétrole et donc de mieux savoir les rechercher.
Publications et brevets : Deux vidéos de 3 minutes ont été tournées par Sébastien Turay (Sur une île Productions) lors de deux missions que nous avons réalisées dans le cadre de ce projet ANR. Elles sont accessibles aux adresses internet suivantes: https://vimeo.com/suruneile/dziani
https://vimeo.com/suruneile/dco2.