Les microbes et le carbone du sous-sol marin
Les microbes du sol marin décomposent la matière organique enfouie et sont responsables de processus de minéralisation complexes. Pourtant, le moyen par lequel les microbes obtiennent assez de nutriments et d'énergie métabolique dans un environnement si pauvre en énergie reste inconnu. L'équipe du projet DEEP CARBON FLUX (Energy and carbon food webs of the deep sub-seafloor biosphere), financé par l'UE, s'est penchée sur les facteurs énergétiques et cinétiques des processus métaboliques dans les sédiments. L'étude était axée sur le rôle d'intermédiaire clé joué par les petits acides organiques dans le métabolisme microbien. L'équipe a également développé une nouvelle technique d'analyse qui remplit l'objectif du projet: quantifier les acides organiques via la chromatographie ionique 2D combinée à la détection spectrométrique. Des forages de sédiments ont été effectués sur quatre sites sous-marins dans le cadre de ces recherches, dans les mers du Nord et Baltique ainsi que dans les océans Atlantique et Pacifique. Ils ont nécessité plusieurs importantes expéditions internationales — conduites par le programme international de découverte des océans (IODP, exp. 337 et exp. 347) — qui ont notamment réalisé le forage sous-marin le plus profond du monde, ~2,5 km dans le sous-sol marin (IODP Exp. 337). L'équipe a tout d'abord développé sa nouvelle méthode d'analyse des acides gras volatiles (AGV) sur des échantillons marins. La technique était utilisée pour séparer les AGV des ions chlorure et sulfate puis pour séparer les AGV les uns des autres. Elle permet la quantification des AGV directement dans l'eau de mer sans autre étape de prétraitement des échantillons. Les chercheurs ont employé cette méthode pour étudier les concentrations de l'eau porale des quatre sites de l'étude. Les résultats ont montré que les concentrations sont étonnamment constantes, selon la zonation biochimique des nutriments et les voies métaboliques microbiennes prédominantes. L'étude conclut donc que les microbes influent fortement sur les concentrations en AGV. Les concentrations seuils, en dessous desquelles l'acétate ne diminue plus, reflètent les contraintes physiologiques des cellules microbiennes. Ainsi, ce n'est ni la thermodynamique ni la diffusion qui explique le renouvellement des AGV. Ce sont en fait probablement les processus cellulaires — tels que le transport membranaire ou l'activation de substrats — qui déterminent les concentrations en AGV. Ces processus ont une incidence sur l'énergie disponible. Cependant, les détails peuvent varier d'un ensemble microbien à l'autre. À partir des sédiments de l'océan Pacifique, issus du forage sous-marin le plus profond jamais réalisé (~2,5 km dans le sous-sol marin), les chercheurs ont observé que l'acétate et le formiate sont abondamment présents dans les sédiments profonds et appropriés au métabolisme qui exploite le méthane de cet endroit. L'acétate et le formiate sont créés par la maturation géologique du matériau organique d'origine et fournissent un apport potentiel à la biosphère microbienne enfouie profondément depuis des dizaines de millions d'année. Les résultats du projet illustrent les processus métaboliques par lesquels les microbes présents dans les sédiments océaniques décomposent la matière organique pour obtenir de l'énergie. Ces travaux peuvent avoir des applications dans le traitement des eaux usées ou dans les technologies de recyclage. Ils contribueront sûrement à l'estimation de l'impact de la production microbienne de méthane dans les sédiments sur les ressources en énergie et les émissions naturelles de gaz à effet de serre.
Mots‑clés
Microbes, sous-sol marin, carbone, sédiments, DEEP CARBON FLUX, biosphère profonde du sous-sol marin, acides gras volatiles, méthanogenèse, réduction des sulfates, International Ocean Drilling Program (IODP)
