Caractérisation expérimentale des relations entre les bactéries des sols, les phyllosilicates et les solutions : Modélisation et Rôle des Paramètres Environnementaux

Résumé : Les bactéries, via leur diversité et leurs activités, jouent un rôle important dans le fonctionnement des sols. Elles participent activement à la dégradation des matières organiques (MO) et cette fonction est souvent utilisée comme indicateur de la qualité biologique des sols. Les bactéries hétérotrophes participent aussi activement, directement ou indirectement, à l’altération des silicates, groupe prédominant de minéraux primaires et secondaires dans les sols. L’altération des silicates contrôle en partie la lixiviation d’éléments minéraux majeurs essentiels (Fe, Mg) en solution, la neutralisation d’acides dans les sols (issus des dépôts atmosphériques, de la dégradation des litières, de l’activité biologique), et la séquestration du CO2 atmosphérique. Cette étape clé est donc essentielle au maintien de la fertilité des sols dans les écosystèmes continentaux. Cependant, même si les principaux processus d’altération des silicates sont bien connus en milieu aérobie (i.e. l’acidolyse et la complexolyse), cette fonction d’altération bactérienne des silicates n’a jamais été utilisée comme indicateur biologique de la fertilité des sols. En fait il n’existe pas de méthode simple standardisée d’identification de ces processus surtout lorsque ceux-ci peuvent être accélérés ou amplifiés par des activités racinaires et/ou microbiennes plus ou moins spécifiques. Le premier objectif de ce travail de thèse a donc été d’identifier les processus d’altération de deux silicates modèles (biotite, phlogopite) par des bactéries hétérotrophes ainsi que leur variabilité. L’originalité de ce travail est d’utiliser un modèle d’altération empirique basé sur l’activité des protons et ligands pour identifier et étudier les interactions entre les bactéries et les minéraux. Le traçage des processus d’altération par une approche isotopique utilisant les isotopes stables du magnésium a également été testé. Le second objectif de la thèse a été de corréler la fonction d’altération de communautés bactériennes aux conditions naturelles rencontrées dans différents sols. Ce travail confirme que l’oxydation partielle du glucose en acides organiques est le mécanisme prédominant par lequel les bactéries amplifient la lixiviation d’éléments (Fe, Mg...) en condition aérobie lors de l’altération de la biotite et de la phlogopite, surtout pour des pH proches de la neutralité. Les résultats démontrent que les bactéries sécrètent des acides organiques dont la nature et la quantité sont fonction de la nature des nutriments limitants et plus généralement des conditions expérimentales de croissances. Le modèle empirique utilisé a été adapté pour permettre de comparer les taux de libération initiaux du fer (et d’autres éléments) lors de l’altération abiotique et bactérienne de micas afin d’identifier les deux processus majeurs (acidolyse et complexolyse) impliqués. Cette approche a permis de mettre en évidence des phénotypes d’altération en fonction du métabolisme et la compétence des souches bactériennes utilisées. L’étude menée avec les isotopes stables du Mg comme traceurs d’altération n’a pas montré de fractionnements signant chaque processus. Deux tendances ont pu cependant être mises en évidence et semblent accentuées lorsque la fraction de Mg lixivié augmente : (1) lorsque le processus dominant est l’acidolyse, le Mg lixivié en solution est enrichi en isotopes lourds par rapport à la composition isotopique de la phlogopite (2) lorsque le processus dominant est la complexolyse, le Mg lixivié en solution est enrichi en isotopes légers par rapport à la phlogopite. L’utilisation du modèle dans la seconde partie de ces travaux a permis de montrer que le potentiel d’altérationdes silicates par les communautés bactériennes dépend de leur origine et en particulier des teneurs en matière organique et en nutriments (cations échangeables) des horizons de sols échantillonnés. Deux stratégies d’altération des silicates par ces communautés ont pu être mises en évidence : (1) les communautés bactériennes isolées des horizons riches en MO libèrent peu d’acides organiques, mais très complexants. Elles ont un métabolisme lent (= stratégie K) et très efficace, permettant une libération importante de fer, (2) les communautés isolées d’horizons pauvres en MO libèrent beaucoup d’acides organiques avec un faible pouvoir complexant. Leur métabolisme rapide (= stratégie r) favorise la formation de nouvelles cellules, mais pas une libération efficace du fer. Pour conclure, l’approche interdisciplinaire proposée dans ce travail permet d’identifier et de caractériser les processus d’altération de phyllosilicates par des bactéries ou des communautés hétérotrophes du sol dans différents environnements. Elle offre un outil d’identification fonctionnel original et prometteur pour évaluer la qualité des sols naturels ou suivre la restauration des sols anthropisés.
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Contributeur : Clarisse Balland-Bolou-Bi <>
Soumis le : mercredi 29 mars 2017 - 20:05:51
Dernière modification le : jeudi 14 juin 2018 - 15:16:02
Document(s) archivé(s) le : vendredi 30 juin 2017 - 17:01:32

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Citation

Clarisse Balland-Bolou-Bi. Caractérisation expérimentale des relations entre les bactéries des sols, les phyllosilicates et les solutions : Modélisation et Rôle des Paramètres Environnementaux. Interfaces continentales, environnement. Université de Lorraine (Nancy), 2010. Français. 〈tel-01498344〉

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