Soutenance Thèse Bérengère Broche

L’impact du soufre sur le biocalcifiant Emiliania huxleyi (Prymnesiophyceae), approches biogéochimiques liant l’Océan actuel et passé

Thèse de doctorat sous la direction de Silvia Gardin et Diana Ruiz-Pino

Composition du jury :

• Prof Marc de Rafelis, rapporteur
• Prof Patrizia Zivieri, rapporteur
• Prof Annachiara Bartolini, encadrant examinateur Dr Francois Prevot, encadrant examinateur
• Dr Ian Probert, encadrant examinateur
• Dr Stéphanie Duchamps Alphonse, examinateur Dr Marie Alexandrine Sicre, examinateur
• Dr Chris Bowler, examinateur 

Résumé

Les crises de biocalcification de l’océan passé comme de l’actuel peuvent être induites par l’impact des émissions de soufre d’origine naturel (volcanisme) et/ou anthropique une grande partie duquel se transforme dans l’atmosphère et est déposé à la surface de la mer sous forme d’acide sulfurique (H2SO4) qui en se dissociant dans l’eau de mer induit une diminution du pH et de l’alcalinité.

Mais au de là de l’acidification, l’augmentation de sulfates dans l’eau de la mer pourrait jouer aussi un rôle d’inhibition de la biocalcification, comme il a été prouvé pour la calcite abiotique dans des expériences de laboratoire. Cette hypothèse a été testée en utilisent comme témoin de crises de biocalcification le coccolithophore Emiliania huxleyi.

Les objectifs de cette thèse sont :

• analyser les impacts des variations de concentrations en sulfates, supposés simuler les effets du volcanisme ou les apports anthropiques actuels, sur la croissance et la biocalcification d' Emiliania huxleyi 
• comprendre si le les sulfates sont incorporés dans la calcite des coccolithes;
• déterminer si la composition isotopique du soufre (δ³⁴S) des coccolithes réfléchit celle de l’eau de mer, comme cela a été démontré pour d’autres organismes calcifiants.

Trois approches novatrices ont permis d’analyser le rôle et l’impact des sulfates sur la calcite produite par Emiliania huxleyi :

• des cultures en eau de mer artificielle préparées et suivies à la fois par un modèle théorique et par de mesures régulières incluant de microcapteur (pH, Température et salinité), la cytométrie en flux (croissance de la population), et une étude morphologiques (MEB Microscope électronique à Balayage);
• l’ étude de la composition élémentaire en fluorescence par rayonnement synchrotron (XRF) de la calcite de coccolithes et
• la mesure du fractionnement isotopique entre d³⁴S des CAS coccolithes et du d³⁴S des sulfates de l’eau de mer, en utilisent le MC-ICPMS Neptune Plus.  

L’expérience in vitro en conditions contrôles a montré, pour la première fois un inhibition de la biocalcification en presence de forte concentration en sulfates (à partir de 4x la concentration de l’océan actuel) ; les analyses au synchrotron ont mis en évidence une distribution hétérogène à l’échelle d’un coccolithe du S, du Br, du Cl et du Fe et que le soufre est incorporé dans la calcite sous la forme de sulfate; enfin les analyses isotopiques du soufre ont révélé que la calcite des coccolithophoridés a un fractionnement très négatif et atypique par rapport aux autres biocalcifiants marins, qui pourrait traduire un « effet vital » très important du à des particularités d’assimilation du soufre par la cellule et d’incorporation du soufre au sein de la calcite.

Ces conclusions supportent l’idée selon laquelle les apports massifs du soufre auraient pu avoir un rôle dans les crises de biocalcification du passé et contribueraient à celle de l’océan actuel. Mais, nos résultats montrent aussi que les coccolithophoridés Emiliania huxleyi présente une forte résilience à une gamme très large de sulfates, suggérant que les sulfates de l’eau de mer pourraient aussi avoir été un de facteurs clés de l’adaptabilité de ces organismes calcaires au cours de leur évolution. A cause de l’ “effet vital” trop important sur la composition isotopique du soufre de la calcite de ce coccolithophore, ils ne représentent pas comme un proxy paléo-environnemental, mais ouvre des perspectives inédites pour mieux comprendre le cycle du soufre à l’échelle cellulaire des coccolithophores: des mécanismes de prise à partir des sulfates de l’eau de mer, son utilisation pour des processus métaboliques et sa incorporation dans la calcite, aux processus d’émission de DMSP (diméthylsulfoniopropionate).  

Dans le contexte de changements climatiques et d’acidification océanique au même titre que les émissions du CO2, celles du Soufre, doivent être prise en compte pour mieux comprendre leur impact sur les crises d’acidification et de biocalcification.