Biominéralisation par les bactéries : approches expérimentales et naturalistes

Irina Bundeleva, Institut de physique du globe de Paris (IPGP), équipe Géobiosphère actuelle et primitive

mercredi 27 mars 2013, à 13 heures, salle du conseil

La minéralisation induite par l’activité microbienne joue un rôle majeur dans le fonctionnement des écosystèmes passés et présents.  Les biocarbonates sont présents dans l’enregistrement  géologique dès l’Archéen et peuvent être considérés comme des traces d’activité biologique dans le cadre des recherches de vie à l’époque de la Terre primitive et pour la recherche de vie extraterrestre. Ils constituent également une voie efficace à considérer pour la minéralisation du CO₂ anthropique et son stockage à long terme.

Durant le séminaire je présenterai les 3 principaux axes de mes études sur la biocarbonatation :

– Modélisation expérimentale en laboratoire de précipitation de CaCO₃ et MgCO₃ à partir de cultures pures de deux types de bactéries anoxygéniques phototrophiques (APB) ainsi que de cyanobactéries.

Ces bactéries représentent deux groupes importants d’organismes photosynthétiques depuis les temps les plus anciens jusqu’à nos jours. Les APB sont des microorganismes dominants durant la période anoxygénique de la Terre (il y a environ 4 milliards d’années) tandis que l’origine des microorganismes évoluant grâce à l’oxygène (cyanobactéries) se situe à environ 3.5 milliards d’années, en se basant sur les enregistrements d’oxydation de la croûte terrestre. Au sein des écosystèmes modernes, les cyanobactéries sont les producteurs primaires dominants. Dans ce contexte, ces études ont pour objectif principal de caractériser les processus biologiques de précipitation des carbonates et d’évaluer l’existence potentielle d’un processus métabolique mis en place par les bactéries visant à les protéger de la minéralisation qu’elles induisent elle-même à leur surface.

– Résultats des observations de stromatolites modernes (lac Salda, Turquie) par microscopie confocale et spectroscopie Raman.

Des souches de cyanobactéries isolées du lac Salda ont précipité des hydrocarbonates de magnésium dans le cadre d’une expérience de biominéralisation réalisée en laboratoire. Pour comparer les carbonates produits lors de cette expérience avec des échantillons naturels, nous avons effectué une analyse de stromatolites (du Lac Salda) par microscopie confocale et spectroscopie Raman. La microscopie confocale permet de localiser les bactéries par rapport au minéral (ou aux minéraux), de réaliser une caractérisation primaire de la diversité microbienne et de faire le lien entre la souche microbienne et le minéral précipité associé. La spectroscopie Raman donne des informations sur la minéralogie de phase solide.
Ces études ont été suivies par la caractérisation de la phase précipitée (par MEB, MET, et DRX) et par l’analyse des fractionnements isotopiques du Mg (Δ²⁶Mg_{solid-solution}) dans le milieu expérimental et dans le milieu naturel.

Le troisième axe est une thématique de recherche appliquée. Il s’intéresse à la place de la filière de la carbonatation minérale ex-situ dans la réduction des émissions de CO₂ (stockage de CO₂).

– Apport des cyanobactéries pour optimiser la dissolution des minéraux ultrabasiques et la précipitation de carbonates magnésiens à basse température.

Dans le cadre de ces études, nous avons réalisé des expériences avec la souche de cyanobactérie Synechococcus dans le but d’évaluer ses capacités à améliorer la carbonatation des silicates à basse température et ce, notamment dans le cadre d’une valorisation de résidus miniers ultrabasiques. La carbonatation abiotique de ces derniers se révèle efficace à température élevée et faible granulométrie, mais  jouer sur ces deux paramètres représente un coût énergétique trop important (chauffage, broyage) qui pourrait cependant être atténué par la biologie. Les résultats montrent que les cyanobactéries Synechococcus peuvent accélérer la dissolution des silicates (libération de Mg) et la précipitation de carbonate de magnésium (par l’augmentation du pH pendant la photosynthèse) et peuvent constituer un levier intéressant pour la séquestration minérale ex-situ du CO₂.

extrait:

lien_externe:

titre:

Biominéralisation par les bactéries : approches expérimentales et naturalistes

intervenant:

Irina Bundeleva

date:

mercredi 27 mars 2013

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Biominéralisation par les bactéries : approches expérimentales et naturalistes

Irina Bundeleva, Institut de physique du globe de Paris (IPGP), équipe Géobiosphère actuelle et primitive

mercredi 27 mars 2013, à 13 heures, salle du conseil

 

La minéralisation induite par l’activité microbienne joue un rôle majeur dans le fonctionnement des écosystèmes passés et présents.  Les biocarbonates sont présents dans l’enregistrement  géologique dès l’Archéen et peuvent être considérés comme des traces d’activité biologique dans le cadre des recherches de vie à l’époque de la Terre primitive et pour la recherche de vie extraterrestre. Ils constituent également une voie efficace à considérer pour la minéralisation du CO₂ anthropique et son stockage à long terme.

Durant le séminaire je présenterai les 3 principaux axes de mes études sur la biocarbonatation :

- Modélisation expérimentale en laboratoire de précipitation de CaCO₃ et MgCO₃ à partir de cultures pures de deux types de bactéries anoxygéniques phototrophiques (APB) ainsi que de cyanobactéries.

Ces bactéries représentent deux groupes importants d’organismes photosynthétiques depuis les temps les plus anciens jusqu’à nos jours. Les APB sont des microorganismes dominants durant la période anoxygénique de la Terre (il y a environ 4 milliards d’années) tandis que l’origine des microorganismes évoluant grâce à l’oxygène (cyanobactéries) se situe à environ 3.5 milliards d’années, en se basant sur les enregistrements d’oxydation de la croûte terrestre. Au sein des écosystèmes modernes, les cyanobactéries sont les producteurs primaires dominants. Dans ce contexte, ces études ont pour objectif principal de caractériser les processus biologiques de précipitation des carbonates et d’évaluer l’existence potentielle d’un processus métabolique mis en place par les bactéries visant à les protéger de la minéralisation qu’elles induisent elle-même à leur surface.

- Résultats des observations de stromatolites modernes (lac Salda, Turquie) par microscopie confocale et spectroscopie Raman.

Des souches de cyanobactéries isolées du lac Salda ont précipité des hydrocarbonates de magnésium dans le cadre d’une expérience de biominéralisation réalisée en laboratoire. Pour comparer les carbonates produits lors de cette expérience avec des échantillons naturels, nous avons effectué une analyse de stromatolites (du Lac Salda) par microscopie confocale et spectroscopie Raman. La microscopie confocale permet de localiser les bactéries par rapport au minéral (ou aux minéraux), de réaliser une caractérisation primaire de la diversité microbienne et de faire le lien entre la souche microbienne et le minéral précipité associé. La spectroscopie Raman donne des informations sur la minéralogie de phase solide.
Ces études ont été suivies par la caractérisation de la phase précipitée (par MEB, MET, et DRX) et par l’analyse des fractionnements isotopiques du Mg (Δ²⁶Mg_{solid-solution}) dans le milieu expérimental et dans le milieu naturel.

Le troisième axe est une thématique de recherche appliquée. Il s’intéresse à la place de la filière de la carbonatation minérale ex-situ dans la réduction des émissions de CO₂ (stockage de CO₂).

- Apport des cyanobactéries pour optimiser la dissolution des minéraux ultrabasiques et la précipitation de carbonates magnésiens à basse température.

Dans le cadre de ces études, nous avons réalisé des expériences avec la souche de cyanobactérie Synechococcus dans le but d’évaluer ses capacités à améliorer la carbonatation des silicates à basse température et ce, notamment dans le cadre d’une valorisation de résidus miniers ultrabasiques. La carbonatation abiotique de ces derniers se révèle efficace à température élevée et faible granulométrie, mais  jouer sur ces deux paramètres représente un coût énergétique trop important (chauffage, broyage) qui pourrait cependant être atténué par la biologie. Les résultats montrent que les cyanobactéries Synechococcus peuvent accélérer la dissolution des silicates (libération de Mg) et la précipitation de carbonate de magnésium (par l’augmentation du pH pendant la photosynthèse) et peuvent constituer un levier intéressant pour la séquestration minérale ex-situ du CO₂.