Structures et processus de minéralisation et de diagenèse des tapis microbiens actuels en domaines hypersalins continental et marin

Abstract

Les microbialithes sont des dépôts organosédimentaires benthiques résultant de la minéralisation et de la lithification de tapis microbiens, et dont les plus anciennes formes, se développant il y a 3.4 Ga, constituèrent les premiers écosystèmes terrestres. Ils forment alors une archive sédimentaire unique incluant des périodes clés de l’histoire géologique. Ce travail de thèse se propose d’analyser et de comparer les processus et produits de minéralisation dans les tapis microbiens actuels de deux environnements contrastés : un exemple de lac intracontinental hypersalin, le Grand Lac salé (GSL) aux USA ; une lagune hypersaline à alimentation marine, à Cayo Coco (Cuba) (CCLN). Le devenir des minéraux au cours de la diagenèse précoce, ainsi que leur potentiel d’enregistrement de biosignatures seront particulièrement analysés. Cette thèse se focalisera spécialement sur l’influence de trois facteurs majeurs contrôlant la minéralogie et la fabrique des microbialithes : (i) le rôle de la chimie du milieu (ii) le rôle des métabolismes microbiens (le moteur de l’alcalinité) ; (iii) le rôle de la production et de la dégradation des matrices organiques extracellulaires (EOM). Les deux cas d’études démontrent un rôle prépondérant de la production d’EOM par les cyanobactéries et leur dégradation par les bactéries hétérotrophes dans la minéralisation : (1) Dans les deux systèmes, la première phase minérale a précipiter sur les EOM alvéolaires est une phase riche en magnésium et en silicium. Ce type de minéraux nécessite des pH>8.6-8.7 pour cristalliser. (2) Une autre observation commune est que les carbonates cristallisent souvent dans des zones de forte activité des bactéries sulfato-réductrices (SRB). Notre hypothèse est que les SRB dégradent les EOM, libérant des cations (Mg2+ et Ca2+) disponibles pour la cristallisation des carbonates. Dans les tapis du CCLN et contrairement au GSL, nos résultats démontrent une forte activité de photosynthèse anoxygénique par les bactéries pourpres sulfureuses (PSB). La limite entre la zone oxique et la zone anoxique est caractérisée par un pH maximum et coïncide avec la formation d’une lamine de carbonates. Deux différences majeures sont observées entre les paragenèses du GSL et du CCLN : (1) le locus initial de la précipitation des carbonates. Dans le GSL, l’aragonite précipite dans les cyanobactéries, perminéralise leur paroi et enfin la matrice organique. Pour Cuba, une calcite magnésienne péloïdale précipite sur les EOM puis rempli les bactéries ; (2) la minéralogie et l’évolution des carbonates lors de la diagenèse précoce. Les microbialithes du GSL montrent une aragonite partiellement dissoute et une dolomite venant se développer à sa périphérie. Au CCLN, de l’aragonite se développe en surcroissance des peloïdes de HMC précédemment formés. Les différences minéralogiques des carbonates entre les deux systèmes pourraient s’expliquer par un changement du rapport Mg/Ca. Les résultats pourront être utilisés afin de mieux interpréter les conditions paléoenvironnementales et les processus microbiens en jeu dans des microbialithes de registres fossiles analogues.