Brevet FR3084670A1 — publié le 20200207

Dispositif de colonisation géomicrobiologique La présente invention se rapporte, de manière générale, aux écosystèmes en milieu marin et se rapporte, en particulier, aux microorganismes se développant par chimiosynthèse en milieu marin et plus particulièrement en milieu marin extrême. Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif de colonisation géomicrobiologique pour l'étude des micro-organismes se développant en milieu marin. A la fin des années 1970, l'observation de sorties diffuses de fluides le long du Rift des Galapagos et de décharge de fluides à haute température à l'axe des dorsales océaniques, a permis de mettre en évidence l'existence d'une circulation d'eau, dite « circulation hydrothermale » dans les sédiments marins et dans la croûte océanique. Le processus de circulation hydrothermale se décompose en trois étapes. L'eau froide qui pénètre dans la croûte, est progressivement 20 réchauffée. Les échanges avec la roche commencent avec des modifications de la composition chimique. Alors que le fluide s'appauvrit en magnésium et sulfate, il s'enrichit en hydrogène sulfuré. Le fluide atteint ensuite sa température maximum au niveau de la zone de réaction de haute température, proche de 400°C. A ces 25 conditions, la composition du fluide est fortement influencée par la température, la pression, le rapport eau/roche, la nature de la roche altérée et le temps de réaction. Le fluide de haute température remonte ensuite très rapidement en continuant à interagir avec la roche. Du fait de la diminution de pression, 30 le fluide se refroidit lentement par conduction et par mélange avec l'eau de mer, plus froide à proximité de la surface, ce qui influence également la composition finale du fluide. La croûte océanique forme ainsi des évents hydrothermaux au fond de l'océan. Les fluides hydrothermaux émis sous forme d'évents de haute 35 température (>200°C) et sous forme de diffusions de basse température 2 (de quelques dizaines de degrés) couvrent donc une large gamme de températures et se caractérisent par des compositions chimiques variées, fonction des conditions de réaction proches de la surface. Le fluide hydrothermal a la particularité d'apporter l'ensemble des 5 éléments nécessaire à la vie (soufre, méthane, hydrogène, hydrogène sulfuré et autres éléments métalliques). De ce fait, des communautés microbiennes chemo-synthétiques s'agglutinent autour des évents hydrothermaux utilisant les flux d'éléments et les réactions redox des fluides hydrothermaux pour vivre. 10 La découverte de systèmes hydrothermaux le long des dorsales océaniques est donc un résultat scientifique majeur amenant les chimistes et les biologistes à s'intéresser aux nouveaux écosystèmes se développant par chimiosynthèse dans ces zones de fort gradient thermique. Il existe un dispositif de colonisation géomicrobiologique offrant 15 la possibilité d'étudier le développement de micro-organismes en milieu marin. Le dispositif comprend un module d'incubation disposé sur un socle et formé par des tubes en matériau plastique contenant des substrats pour la colonisation in situ et l'étude de micro-organismes vivant dans des fluides de basses et moyennes températures. Cependant, l'architecture et le matériau de ce dispositif sont adaptés aux systèmes hydrothermaux diffus dont la température est inférieure à 50°C. Un tel dispositif n'offre pas une stabilité thermique et mécanique suffisante pour l'étude de colonisation de micro-organismes in situ en milieu marin extrême, en particulier à proximité directe d'un évent hydrothermal qui est une zone de fort gradient de température, la température pouvant aller de 4 à 400°C sur une dizaine de centimètres. En particulier, ce dispositif existant n'est pas suffisamment stable pour être disposé sur le trajet d'écoulement du fluide hydrothermal d'un évent hydrothermal. Par conséquent, la présente invention concerne un dispositif de colonisation géomicrobiologique ayant une architecture et une structure suffisamment stable mécaniquement et thermiquement pour permettre la colonisation de micro-organismes in situ en milieu marin extrême, par exemple dans des zones de fort gradient de température, où la température est susceptible de varier entre 4 à 400°C, et permettre l'étude de l'influence d'un tel gradient de température sur le développement des micro-organismes. 5 Il est donc proposé un di spositif de colonisation géomicrobiologique comprenant un corps et un moyen d'admission de fluide, le corps comprenant un module d'incubation de micro-organismes comportant un ou plusieurs supports perforés configurés pour recevoir au moins un substrat pour l'incubation de micro-organismes. 10 En outre, le moyen d'admission est configuré pour diriger le fluide de sorte que le fluide s'écoule de façon axiale, lesdits supports perforés étant disposés sur le trajet d'écoulement axial du fluide. De préférence, le module d'incubation comporte un ou plusieurs supports perforés additionnels dont l'axe longitudinal s'étend de sorte à 15 former un angle non nul avec l'axe longitudinal des supports perforés disposés sur le trajet d'écoulement axial du fluide. Avantageusement, l'axe longitudinal d'au moins un support perforé additionnel peut s'étendre perpendiculairement à l'axe longitudinal des supports perforés disposés sur le trajet d'écoulement axial du fluide. 20 De préférence, le dispositif de colonisation géomicrobiologique comprend un ou plusieurs noeuds d'interconnexion reliant fluidiquement plusieurs supports perforés du module d'incubation. De préférence encore, le diamètre des trous des supports perforés est compris entre 1 et 5mm 25 Selon une caractéristique, les supports perforés peuvent être cylindriques et creux. De manière avantageuse, le dispositif de colonisation géomicrobiologique peut comprendre au moins un capteur de température configuré pour relever la température et stocker les valeurs de 30 température relevées, c'est-à-dire mesurées in situ, par exemple au niveau d'un évent hydrothermal. Avantageusement, le dispositif de colonisation géomicrobiologique peut comprendre au moins un substrat d'incubation de micro-organismes disposé dans un ou plusieurs supports perforés. 4 Selon une caractéristique, le dispositif de colonisation géomicrobiologique peut comprendre un ou plusieurs substrats choisis parmi : un substrat minéral ou rocheux tel que de la peridotite, du verre basaltique naturel ou synthétique, de la pierre ponce, de l'ardoise, de la 5 serpentine, du verre, de l'olivine, des sulfures métalliques notamment pyrite ou chalcopyrite, un substrat métallique tel que de l'acier, du cuivre ou du fer, ou un substrat organique tel que des végétaux notamment du bois, de la luzerne, des graines, de l'os, des milieux de culture notamment Luria-Bertani, extrait de levure, méthanol, acétate, 10 sulfate, sucre, formate, nitrate, ammonium, hydrocarbures ou viande, enrobés dans un gélifiant. Selon une autre caractéristique, le dispositif de colonisation géomicrobiologique peut être en un matériau choisi parmi : un matériau métallique tel que le titane ou l'acier inoxydable marin, ou un matériau 15 plastique tel que le polytéréphtalate (PET), polyétheréthercétone (PEEK) ou le polytétrafluoroéthylène (PTFE) De préférence, le moyen d'admission d'un fluide incorpore un collecteur en forme de cloche. Préférentiellement, le di spositif de colonisation 20 géomicrobiologique comprend des moyens de préhension et de raccordement à un véhicule sous-marin téléguidé pour le déploiement et la récupération du dispositif de colonisation géomicrobiologique en milieu sous-marin. Selon une caractéristique, le dispositif de colonisation 25 géomicrobiologique peut comprendre des moyens de raccordement à un dispositif sous-marin de prélèvement d'échantillons. Selon une autre caractéristique, le dispositif de colonisation géomicrobiologique peut comprendre un boîtier étanche amovible configuré pour protéger le module d'incubation lors du déploiement et de 30 la récupération du dispositif de colonisation géomicrobiologique en milieu sous-marin. D'autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 5 - La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif géomicrobiologique selon un premier mode de réalisation de l'invention, en version autonome ; - La figure 2 est une vue en coupe du dispositif 5 géomicrobiologique illustré à la figure 1 ; - La figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif géomicrobiologique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, en version adaptée pour être raccordé à un dispositif sous-marin de prélèvement d'échantillons ; 10 - La figure 4 illustre un dispositif sous-marin de prélèvement d'échantillons comprenant le dispositif géomicrobiologique selon le deuxième mode de réalisation illustré à la figure 3 ; - La figure 5 est une vue éclatée d'un support perforé du dispositif géomicrobiologique illustré à la figure 1 ; 15 - La figure 6 est une vue détaillée de moyens de préhension et de raccordement à un véhicule sous-marin téléguidé du dispositif géomicrobiologique illustré à la figure 1 ; et - La figure 7 représente un module d'incubation selon un mode de réalisation additionnel conforme à l'invention 20 Dans ce qui va suivre, et à moins d'une autre indication, les bornes d'un domaine de valeurs sont comprises dans ce domaine, notamment dans l'expression « compris entre ». Les figures 1 et 3 représentent deux modes de réalisation de l'invention, respectivement, un dispositif de colonisation 25 géomicrobiologique 1 en version autonome et un dispositif de colonisation géomicrobiologique 2 en version adaptée pour être raccordé à un dispositif sous-marin de prélèvement d'échantillons. Il est à noter que, sur les figures, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation présentent les 30 mêmes références. Ainsi, sauf mention contraire, de tels éléments disposent de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. 6 Comme on peut le voir sur les figures, les dispositifs de colonisation géomicrobiologiques 1 et 2 comprennent un corps 3 et un moyen d'admission 4 de fluide. Dans l'exemple illustré, on s'intéressera aux micro-organismes se 5 développant au niveau d'évents hydrothermaux formés par la croûte océanique et le fluide admis sera donc avantageusement du fluide hydrothermal se dégageant de ces évents. Le corps 3 comprend un module d'incubation de micro-organismes 5 comportant un support perforé 6 configuré pour recevoir au moins un 10 substrat pour l'incubation de micro-organismes. Le moyen d'admission 4 est configuré pour diriger le fluide de sorte que le fluide s'écoule de façon axiale, en aval du moyen d'admission. Le trajet d'écoulement axial 7 du fluide est visible sur les figures 2 et 3. 15 De plus, les supports perforés 6 sont disposés sur le trajet d'écoulement axial 7 du fluide. On pourra également prévoir que le module d'incubation 5 comporte plusieurs supports perforés 6 di sposés sur le trajet d'écoulement axial 7 du fluide. 20 En outre, le module d'incubation 5 de micro-organismes des dispositifs de colonisation géomicrobiologique 1 et 2 peut comprendre au moins un support perforé additionnel 8 dont l'axe longitudinal s'étend de sorte qu'il forme un angle non nul avec l'axe longitudinal du support perforé 6 disposé sur le trajet d'écoulement axial 7 du fluide 25 Dans cet exemple, les supports perforés 6 et 8 du module d'incubation 5 s'étendent sur une pluralité d'axes. En effet, le module d'incubation 5 comprend avantageusement plusieurs supports perforés additionnels 8 disposés de sorte que les micro-organismes sont susceptibles de se développer le long d'une pluralité d'axes s'écartant de 30 l'axe du support perforé 6 disposé sur le trajet d'écoulement 7 du fluide. Le fluide admis par le moyen d'admission 4, ici le fluide hydrothermal, s'écoule dans les supports perforés 6 et les supports perforés additionnels 8 et il est ainsi possible d'étudier les micro-organismes se développant dans différentes zones du gradient de température formé par 7 l'évent hydrothermal au niveau duquel le dispositif de colonisation géomicrobiologique 1, 2 est avantageusement disposé. Comme cela est illustré, l'axe longitudinal des supports perforés additionnels 8 s'étend avantageusement perpendiculairement à l'axe 5 longitudinal du support perforé 6 disposé sur le trajet d'écoulement axial 7 du fluide, permettant de balayer les différentes zones du gradient de température formé par l'évent hydrothermal pour l'étude du développement de micro-organismes, tout en facilitant néanmoins la fabrication du module d'incubation 5 10 Le support perforé 6 et les supports perforés additionnels 8 du module d'incubation 5 peuvent être raccordés par un ou plusieurs noeuds d'interconnexion 9 configurés de manière à maintenir une relation fluidique entre les différents supports perforés 6, 8 s'étendant selon une pluralité d'axes 15 Dans l'exemple illustré, le support perforé 6 et les supports perforés additionnels 8 ont une structure similaire développée ci-après. On peut voir sur la figure 5 représentant de façon détaillée la structure d'un support perforé 6, 8 que les supports perforés 6, 8 sont avantageusement cylindriques et creux et ainsi adapté à recevoir un 20 substrat. Dans l'exemple illustré aux figures 1 et 2, afin de pouvoir disposer plusieurs substrats de nature différente le long d'un même axe, les supports perforés 6 et 8 du dispositif de colonisation géomicrobiologique 1 pourront être organisés en plusieurs éléments, ici deux éléments 6a, 6b 25 et 8a, 8b amovibles. Une paroi amovible et perforée 10 peut être disposée à chaque extrémité des supports perforés 6, 8 de façon à compartimenter le support perforé 6, 8 tout en maintenant une relation fluidique entre les différents éléments 6a, 6b, 8a, 8b. 30 De plus, chaque extrémité des éléments 6a, 6b, 8a, 8b peut comprendre un filetage leur permettant d'être raccordés au noeud d'interconnexion 9, à un élément supplémentaire du support destiné à recevoir un autre substrat, ou encore à un bouchon 11 destiné à refermer l'extrémité du support perforé 6, 8. 8 Dans l'exemple illustré à la figure 3, les supports perforés 6, 8 du dispositif de colonisation géomicrobiologique 2 comprennent un seul élément tel que celui représenté à la figure 5. De plus, une paroi perforée 10 est disposée entre le support perforé 6, 8 et le noeud d'interconnexion 5 9. De préférence, le diamètre des trous des supports perforés 6, 8 et des parois perforées 10 est compris entre 1 et 5mm Dans l'exemple illustré, le diamètre des trous est de 2mm de diamètre et chaque élément 6a, 6b, 8a, 8b des supports perforés 6, 8 10 comprend 36 trous. Le diamètre des trous est choisi de sorte que le substrat disposé à l'intérieur des supports perforés 6, 8 ne puisse pas s'échapper, tout en permettant le maintien d'une relation fluidique entre l'intérieur et l'extérieur des supports perforés 6, 8. 15 Le module d'incubation 5 comprend au moins un substrat d'incubation de micro-organismes disposé dans un ou plusieurs des supports perforés 6 et supports perforés additionnels 8. Les substrats seront avantageusement choisis parmi un substrat minéral ou rocheux, un substrat métallique ou encore un substrat 20 organique. Parmi les substrats minéraux ou rocheux, on pourra choisir un substrat tel que de la peridotite, du verre basaltique naturel ou synthétique, de la pierre ponce, de l'ardoise, de la serpentine, du verre, de l'olivine, des sulfures métalliques notamment pyrite ou chalcopyrite. 25 Parmi les substrats métalliques, on pourra choisir un substrat tel que de l'acier, du cuivre ou du fer. Enfin, parmi les substrats organiques, on pourra choisir un substrat organique tel que des végétaux, notamment, du bois, de la luzerne, des graines, de l'os, ou bien des milieux de culture notamment Luria-Bertani, 30 extrait de levure, méthanol, acétate, sulfate, sucre, formate, nitrate, ammonium, hydrocarbures ou viande, enrobés dans un gélifiant. Par ailleurs, le matériau sera choisi de sorte qu'il soit adapté à l'utilisation du dispositif de colonisation géomicrobiologique 1, 2. 9 Dans l'exemple illustré, les dispositifs de colonisation géomicrobiologique 1 et 2 sont en titane, et plus précisément en alliage de titane, de type TA6V, conférant à la structure des propriétés de résistances mécanique et surtout thermique lui permettant une utilisation 5 en milieu marin extrême, comme une utilisation directement sur un évent hydrothermal, zone subissant un fort gradient de température, la température pouvant aller de 4°C à 400°C. Bien entendu, en alternative de l'alliage de titane, on pourra choisir tout autre type de matériau adapté pour une utilisation en milieu 10 marin extrême, résistant à des gradients de température jusqu'à plusieurs centaines de degrés, par exemple 400°C, tel que par exemple, de l'acier inoxydable marin ou un autre alliage de titane. Le matériau du dispositif de colonisation géomicrobiologique 1, 2 pourra, par exemple, être adapté à une utilisation en milieu côtier pour 15 étudier et suivre l'impact de polluants sur le développement des micro- organismes ou encore en milieu aqueux, par exemple un lac, pour un suivi de la diversité microbienne dans différentes conditions environnementales. Pour ces utilisations en milieu côtier ou dans un lac, où les 20 gradients de température sont moins forts qu'en milieu marin extrême, on pourra choisir un matériau plastique tel que le polytéréphtalate (PET), polyétheréthercétone (PEEK) ou encore le polytétrafluoroéthylène (PTFE), offrant une stabilité mécanique et thermique suffisante jusqu'à au moins 120°C, température limite de la vie, à un coût moindre que le 25 titane, alliage de titane ou acier inoxydable. De préférence, le dispositif de colonisation géomicrobiologique 1, 2 comprend au moins un capteur de température configuré pour relever la température et stocker les valeurs de température relevées. Les capteurs de températures seront avantageusement disposés pour des relevés de 30 température au niveau des supports perforés 6 et supports perforés additionnels 8, et plus avantageusement encore au niveau des zones de changement de substrat, par exemple au niveau des parois perforées 10 des supports perforés 6, 8 10 De manière encore plus avantageuse, on pourra prévoir que chaque support perforé 6 et chaque support perforé additionnel 8 incorpore un tel capteur de température, permettant de connaître l'évolution de l'habitat des microorganismes au cours du temps. 5 Comme cela est illustré à la figure 7, on pourra également prévoir que le module d'incubation 5 de micro-organismes comprenne plusieurs supports perforés 6, ici deux, disposés sur le trajet d'écoulement axial du fluide. L'architecture peut ainsi être modulée, par exemple grâce aux filetages incorporés à l'extrémité des éléments 6a, 6b, 8a, 8b des 10 supports perforés 6, 8. Dans le dispositif de colonisation géomicrobiologique 1 en version autonome illustré aux figures 1 et 2, le moyen d'admission 4 de fluide incorpore, de préférence, un collecteur 13, par exemple un collecteur en forme de cloche particulièrement avantageux pour diriger et focaliser 15 efficacement le fluide hydrothermal d'un évent hydrothermal pour son écoulement axial en direction du support perforé 6 disposé sur le trajet d'écoulement du fluide. En outre, et comme cela est illustré aux figure 1 et 6, le dispositif de colonisation géomicrobiologique 1 en version autonome comprendra, 20 de préférence, des moyens de préhension et de raccordement N à un véhicule sous-marin téléguidé pour le déploiement et la récupération du dispositif de colonisation géomicrobiologique en milieu sous-marin. Par ailleurs, le dispositif de colonisation géomicrobiologique 2 en version adaptée pour être raccordé à un dispositif sous-marin de 25 prélèvement d'échantillons comprend avantageusement des moyens de raccordement 15 à un di spositif sous-marin de prélèvement d'échantillons 16. Dans l'exemple illustré, les moyens de raccordement 15 du dispositif de colonisation géomicrobiologique 2 sont configurés pour le 30 raccordement à un dispositif sous-marin de prélèvement d'échantillons 16 tel que décrit dans la demande de brevet WO 2018/104414A1. On pourra également prévoir que le dispositif de colonisation géomicrobiologique 1, 2 comprenne un boîtier étanche amovible configuré pour protéger le module d'incubation 5 lors du déploiement et 11 de la récupération du dispositif de colonisation géomicrobiologique 1, REVENDICATIONS1. Dispositif de colonisation géomicrobiologique comprenant un corps (3) et un moyen d'admission (4) de fluide, le corps (3) comprenant un module d'incubation (5) de micro-organismes comportant un ou plusieurs supports perforés (6) configurés pour recevoir au moins un substrat pour l'incubation de micro-organismes, caractérisé en ce que le moyen d'admission (4) est configuré pour diriger le fluide de sorte que le fluide s'écoule de façon axiale, lesdits supports perforés (6) étant disposés sur le trajet d'écoulement axial (7) du fluide. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module d'incubation (5) comporte un ou plusieurs supports perforés additionnels (8) dont l'axe longitudinal s'étend de sorte à former un angle non nul avec l'axe longitudinal des supports perforés (6) disposés sur le trajet d'écoulement axial (7) du fluide. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe longitudinal d'au moins un support perforé additionnel (8) s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal des supports perforés (6) disposés sur le trajet d'écoulement axial (7) du fluide. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs noeuds d'interconnexion (9) reliant fluidiquement plusieurs supports perforés (6, 8) du module d'incubation (5). 5. Di spositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre des trous des supports perforés (6, 8) est compris entre 1 et 5mm. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les supports perforés (6, 8) sont cylindriques et creux. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de température configuré pour relever la température et stocker les valeurs de température relevées. 13 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un substrat d'incubation de micro-organismes disposé dans un ou plusieurs supports perforés (6, 8). 5 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs substrats choisis parmi : un substrat minéral ou rocheux tel que de la peridotite, du verre basaltique naturel ou synthétique, de la pierre ponce, de l'ardoise, de la serpentine, du verre, de l'olivine, des sulfures métalliques notamment pyrite ou 10 chalcopyrite, un substrat métallique tel que de l'acier, du cuivre ou du fer, ou un substrat organique tel que des végétaux notamment du bois, de la luzerne, des graines, de l'os, des milieux de culture notamment Luria-Bertani, extrait de levure, méthanol, acétate, sulfate, sucre, formate, nitrate, ammonium, hydrocarbures ou viande, enrobés dans un 15 gélifiant. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est en un matériau choisi parmi : un matériau métallique tel que le titane ou l'acier inoxydable marin, ou un matériau plastique tel que le polytéréphtalate (PET), 20 polyétheréthercétone (PEEK) ou le polytétrafluoroéthylène (PTFE). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'admission (4) d'un fluide incorpore un collecteur (13) en forme de cloche. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il 25 comprend des moyens de préhension et de raccordement (14) à un véhicule sous-marin téléguidé pour le déploiement et la récupération du dispositif de colonisation géomicrobiologique (1) en milieu sous-marin. 13. Dispositif selon l'un quelconque des revendications 1 à 10, 30 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de raccordement (15) à un dispositif sous-marin de prélèvement d'échantillons (16). 14. Dispositif selon l'un quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier étanche amovible configuré pour protéger le module d'incubation lors du 14 déploiement et de la récupération du dispositif de colonisation géomicrobiologique en milieu sous-marin.