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

Les stromatolites sont des roches organo-sedimentaires laminees composees de carbonates de Ca et/ou Mg mais egalement de silicates de Mg dans certains cas. Les processus impliques dans leur formation restent encore mal compris. L’objectif central de cette these est de mieux comprendre les processus geochimiques et geomicrobiologiques permettant de favoriser ou au contraire de defavoriser la formation des carbonates et silicates de magnesium dans les environnements lacustres alcalins mexicains. Deux axes principaux ont ete developpes. Le premier axe s’est focalise sur les analyses de souches formant des carbonates de calcium amorphes (ACC) intracellulaire (ACC+) ou non. Une grande diversite de souches de cyanobacteries a ete analysee pour leur capacite a incorporer le Ca. De plus, l’impact des alcalino-terreux sur la croissance de certaines de ces souches a ete determine. A partir de cette etude, nous avons mis en evidence que les souches de cyanobacterie 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 determine 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 equilibrer 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 periodes limitees en C. De plus, les polyP pourraient etre impliques dans le stockage de Ca. Plus largement, les cyanobacteries ACC+ pourraient favoriser la dissolution de carbonate de Ca et par extension celle des stromatolites. Le second axe s’est interesse a l’etude de la formation de silicates de magnesium dans les sediments et mesocosmes analogues de 3 lacs alcalins mexicains mais egalement par des experiences de biomineralisation. Les analyses mineralogiques et chimiques des silicates de magnesium ont ete couplees aux caracterisations geochimiques des solutions. L’etude des sediments a montre la formation de deux smectites, l’une pauvre et l’autre riche en Al et egalement de smectite ferrugineuse ou sans forte teneur en Fe. Plusieurs interpretations ont ete proposees quant a leur formation : 1) la dissolution conjointe d’hydromagnesite et des frustules de silice biogenique, 2) elle est heritee de la colonne d’eau, 3) est liee a l’alteration des feldspaths dans les sediments et 4) a la biomineralisation dans la colonne d’eau. Il a egalement ete montre qu’une souche de cyanobacteries est capable d’induire la precipitation de silicates de magnesium en milieu non tamponne. Dans les mesocosme des lacs alcalins, la formation de silicate de Mg serait directement liee a la composition mineralogique des microbialites, et possiblement des diatomees permettant l’apport de Si dans la solution et localement dans le biofilm, et est biologiquement influencee par les EPS des communautes microbiennes.