Bastien Wild soutiendra sa thèse le mercredi 22 février 2017 à 14h
Titre : "Changements microstructuraux et diversité microbienne associés à l'altération des silicates : influence sur les cinétiques de dissolution du laboratoire au terrain"
Le jury sera composé de :
- Karim BENZERARA, CNRS/Université Pierre et Marie Curie (Rapporteur)
- Stéphane UROZ, INRA/Université de Lorraine (Rapporteur)
- Damien DAVAL, CNRS/Université de Strasbourg (Co-encadrant, examinateur)
- Alejandro FERNANDEZ-MARTINEZ, CNRS/Université Grenoble Alpes (Examinateur)
- Stéphane GIN, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, Marcoule (Examinateur)
- Gwenaël IMFELD, CNRS/Université de Strasbourg (Directeur de thèse)
Résumé :
L'altération des roches silicatées constitue le dénominateur commun d'une multitude de problématiques environnementales et sociétales telles que le réchauffement climatique ou la fertilité des sols à long terme. Quel est le temps de résidence du surplus de carbone lié aux émissions anthropiques dans l'atmosphère ? Comment parvenir à une exploitation durable de la ressource en sols et plus généralement une gestion pérenne de la zone critique ? Autant de questions qui se heurtent à notre méconnaissance actuelle des flux d'altération des minéraux silicatés sur le terrain. Cette thèse propose de réviser en profondeur l'approche actuelle de la réactivité minérale du laboratoire au terrain.
Dans une première partie, nous démontrons que l'évolution intrinsèque des propriétés texturales et structurales de l'interface réactive au cours de la dissolution induit des variations de vitesse qui ne peuvent être expliquées dans le cadre des théories thermocinétiques classiques. Dans une seconde partie, nous proposons une nouvelle méthode permettant de sonder de façon directe la réactivité biogéochimique des minéraux sur le terrain. Le croisement de ces données avec une analyse métagénomique des communautés bactériennes et fongiques révèle les interactions réciproques entre le minéral et le monde microbien au sein de la minéralosphère. Enfin, nous démontrons la pertinence des phénomènes de passivation pour l'altération de surface et l'incapacité des micro-organismes à surmonter la perte de réactivité engendrée par le vieillissement à long terme des surfaces minérales.
Mots clés : zone critique, réactivité minérale, altération biotique, métagénomique, minéralosphère, feldspaths, silicates, labradorite, olivine.
Abstract :
Chemical weathering of silicate minerals is central to numerous environmental and societal challenges. This study addresses the long-standing question of the inconsistency between field and laboratory estimates of dissolution kinetics, by revisiting current approaches of mineral reactivity.
It is first demonstrated that evolution of feldspar reaction rates are inaccurately described by current kinetics rate laws, due to intrinsic textural and structural changes occurring at the fluid-mineral interface over the course of the dissolution process. Then, a novel method is developed and implemented to enable in situ probing of biogeochemical weathering rates in the field. Absolute mineral weathering rates derived from this method highlight the significant contribution of extrinsic factors to the field-laboratory discrepancy. Combining these data with a metagenomic analysis of bacterial and fungal community diversity reveals that subtle reciprocal relationships are established between microorganisms and mineral substrates within the mineralosphere. Finally, this thesis emphasizes the impact of passivation phenomena? engendered by the long-term aging of mineral surfaces?on dissolution rates, under field-relevant reacting conditions. These results suggest the incapacity of microorganisms to overcome the passivation barrier.
Key words: critical zone, mineral reactivity, bioweathering, metagenomics, minéralosphere, feldspar minerals, silicates, labradorite, olivine.