Devenir d'une contamination pétrolière dans des sédiments côtiers infralittoraux et son impact sur les communautés bactériennes

par Gilles Miralles

Thèse de doctorat en Biosciences de l'Environnement.Ecologie Microbienne

Sous la direction de Jean-Claude Bertrand et de Philippe Cuny.

Soutenue en 2007

à Centre d'Océanologie (Marseille) .


  • Résumé

    Les énergies fossiles, telles que les hydrocarbures pétroliers, sont l’une de nos plus importantes ressources naturelles et constituent la principale source d’énergie de nos sociétés industrielles. Cependant, le pétrole est aussi un polluant majeur. Les pollutions ponctuelles ou chroniques des environnements marins par des pétroles bruts ou raffinés causent des perturbations écologiques importantes. Heureusement, une grande partie des hydrocarbures introduits en milieu marin peut être dégradée par des microorganismes indigènes, qualifiés d’hydrocarbonoclastes. Bien que la dégradation microbienne des hydrocarbures soit bien documentée, encore peu d’informations sont disponibles sur le comportement des communautés microbiennes naturelles dans les environnements contaminés et sur leurs interactions in situ avec les hydrocarbures. A ce jour, la plupart des études ont été conduites dans des milieux principalement oxiques. Or, une part importante des hydrocarbures déversés en mer (jusqu’à 20 à 30%) peut sédimenter et contaminer ainsi des zones où la pénétration de l’oxygène n’excède pas les 2 3 premiers millimètres du sédiment, tels que les sédiments infralittoraux. Ce travail de recherche porte sur l’étude du devenir de contaminations pétrolières et de leurs effets sur les communautés bactériennes dans des sédiments côtiers infralittoraux. Dans ce but, une expérimentation originale de contamination artificielle a été réalisée en conditions in situ par 20 m de profondeur. Le suivi de l’évolution qualitative et quantitative du pétrole a permis de démontrer que les hydrocarbures aliphatiques ont été biodégradés. Les alcanes à chaînes carbonées les plus courtes ont été dégradés plus rapidement que les alcanes à chaînes carbonées les plus longues. De plus, la dégradation in situ en conditions strictement anoxiques (horizon 8 10 cm) a été formellement établie. Nous avons également montré que la réponse des communautés à la contamination pétrolière est un phénomène complexe. Dans les trois horizons étudiés (0 1, 2 4 et 8 10 cm), les bactéries majoritairement impliquées dans les modifications de structure des communautés étaient étroitement affiliées à des bactéries sulfato réductrices (BSR) hydrocarbonoclastes (e. G. Souches Hxd3, Pnd3, AK01, Desulfatibacillum aliphaticivorans CV2803T et D. Alkenivorans PF2803T). La détection de métabolites spécifiques des voies de dégradation anaérobies des n alcanes par les souches AK01 et D. Aliphaticivorans CV2803T atteste l’implication de ces BSR dans la dégradation des n alcanes. D’autre part, nous avons observé une hétérogénéité verticale de la structure de ces communautés plus marquée dans les sédiments contaminés que dans les sédiments non contaminés. Cette intensification de l’hétérogénéité pourrait résulter d’une stratification des populations bactériennes, favorisée, dans les sédiments contaminés, par la bioturbation. En effet, dans le cadre d’une expérimentation au laboratoire, nous avons montré que la présence de polychètes Nereis diversicolor n’avait pas d’effet sur les communautés de sédiments non contaminés, mais que dans les sédiments contaminés, la structure des communautés était différente en présence des polychètes. Les activités de bioturbation de N. Diversicolor pourraient entre autre augmenter l’oxygénation des sédiments et la biodisponibilité des hydrocarbures. Cela favoriserait ainsi le développement de bactéries, absentes ou peu présentes dans les sédiments contaminés mais non bioturbés. Certaines de ces bactéries sont connues pour jouer un rôle important dans la bioremédiation de sites pollués (e. G. Alcanivorax sp. OM 2, Psychroserpens burtonensis). Ces résultats participent à l’amélioration de nos connaissances sur l’écologie des microorganismes dans les écosystèmes marins anthropisés. En conditions in situ, un éventail de facteurs vont déterminer le comportement des communautés. Au regard de ces résulats, il apparaît indispensable de ne pas s’intéresser qu’aux seuls microorganismes hydrocarbonoclastes mais de considérer l’ensemble de la communauté microbienne et de ses interactions avec l’écosystème sédimentaire.

  • Titre traduit

    Fate of an oil contamination in infralittoral coastal sediments and its effects on bacterial communities


  • Résumé

    Fossil fuels, such as petroleum, are one of our most important natural resources, the major energy source of our industrial society and the basis of feedstock for the petrochemical industry. Nevertheless, petroleum is also one of the most organic pollutants. Episodic and chronic pollution of the marine environment by crude oil or distillate fractions cause major ecological perturbations. Fortunately, a substantial proportion of the oil entering marine habitats can be degraded by indigenous microorganisms, called hydrocarbonoclastic microorganisms. Despite there being a considerable amount of literature on microbial hydrocarbon degradation, until recently we had limited knowledge about the behaviour of bacterial communities in contaminated environments and their interactions with hydrocarbons in situ. To date, studies of bacterial dynamics have essentially focused on aerobic waters and shoreline systems. However, a large part of the spilled oil (20 30%) can sediment and can be deposited on bottom sediments where oxygen penetration does not exceed the first 2 3 millimetres, such as infralittoral sediments. The present study reports on the fate of oil spills and their effects on bacterial communities in infralittoral coastal sediments. A field experiment of artificial oil spill, conducted at 20 m water depth, was undertaken. Analysis of oil composition revealed that aliphatic hydrocarbons were degraded under in situ conditions. Alkanes with shorter chain lengths were degraded faster than longer chain alkanes. Furthermore, in situ degradation under strictly anaerobic conditions (8 10 cm sediment depth) was formerly proven. Also, we have shown that the community’s response to oiling is a complex phenomenon. At the three depths studied (0 1, 2 4 and 8 10 cm), bacteria implicated in the main changes in the structure of bacterial communities were affiliated to hydrocarbonoclastic sulfate reducing bacteria (SRB) (e. G. Strains Hxd3, Pnd3, AK01, Desulfatibacillum aliphaticivorans CV2803T and D. Alkenivorans PF2803T). Detection of specific metabolites of anaerobic n alkane degradation pathways of strain AK01 and D. Aliphaticivorans CV2803T indicated that these bacteria contributed to the biodegradation of n alkanes. Also, vertical heterogeneity of the bacterial communities within the sediment was more pronounced in the oiled sediments than in control sediments. The development of the vertical heterogeneity could result from stratification of different populations in the oiled sediments, favored by bioturbation. In fact, during an experiment under laboratory conditions, we have shown that the presence of the marine polychaetes Nereis diversicolor affects bacterial communities in contaminated sediments but do not affect the communities in control sediments. Bioturbation activities by N. Diversicolor may, among other things, enhance sediment oxygenation and hydrocarbon bioavailability. Thus, it may favour the development of specific bacterial groups, not present in the contaminated but non bioturbed sediments. Some of these bacteria play a critical role in bioremediation processes (e. G. Alcanivorax sp. OM 2, Psychroserpens burtonensis). This study provides useful information on microbial ecology in anthropised marine ecosystems. Under in situ conditions, the behaviour of microbial communities is determined by a myriad of parameters. Regarding these results, it remains essential not to focus only on hydrocarbon degraders but to study the whole communities and their interactions with the sedimentary ecosystem.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (231 p.)
  • Annexes : Bibliogr. : p.203-220

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Aix-Marseille (Marseille. Luminy). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 46085

Cette version existe également sous forme de microfiche :

  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Sciences de la Terre Recherche - cartothèque - CADIST.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 07 AIX2 2059
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.