Caractérisation expérimentale des relations entre les bactéries des sols, les phyllosilicates et les solutions : modélisation et rôle des paramètres environnementaux

par Clarisse Bolou Bi

Thèse de doctorat en Géosciences

Sous la direction de Corinne Leyval et de Anne Poszwa.

Soutenue le 15-04-2010

à Nancy 1 , dans le cadre de RP2E , en partenariat avec LIMOS (laboratoire) .

Le président du jury était Sylvie Dousset.

Le jury était composé de Corinne Leyval, Anne Poszwa, Sylvie Dousset, Guilhem Bourrié, Oleg Pokrovsky, Joseph Dufey, Frédéric Gérard, Stéphane Uroz.

Les rapporteurs étaient Guilhem Bourrié, Oleg Pokrovsky.


  • Résumé

    Les bactéries jouent un rôle important dans le fonctionnement des sols et participent activement à l'altération des silicates. L'altération des silicates contrôle en partie la lixiviation d'éléments minéraux majeurs essentiels en solution (maintien de la fertilité des sols). Cependant, si les principaux processus d'altération des silicates sont bien connus en milieu aérobie (acidolyse et complexolyse), cette fonction d'altération bactérienne des silicates n'a jamais été utilisée comme indicateur biologique de la fertilité des sols. Le premier objectif de ce travail de thèse a donc été d'identifier les processus d'altération de 2 micas par des bactéries hétérotrophes en utilisant un modèle d'altération empirique basé sur l'activité des protons et ligands pour identifier et étudier les interactions entre les bactéries et les minéraux. Le traçage des processus d'altération par les isotopes stables du Mg a également été testé. Le second objectif a été de corréler la fonction d'altération de communautés bactériennes aux conditions naturelles rencontrées dans différents sols. Ce travail confirme que l'oxydation partielle du glucose en acides organiques est le mécanisme prédominant par lequel les bactéries amplifient la lixiviation d'éléments en condition aérobie lors de l'altération de la biotite et de la phlogopite, surtout pour des pH proches de la neutralité. Le modèle empirique utilisé a été adapté pour permettre de comparer les taux de libération initiaux du fer lors de l'altération abiotique et bactérienne de micas afin d'identifier les 2 processus majeurs impliqués. Cette approche a permis de mettre en évidence des phénotypes d'altération en fonction du métabolisme, la compétence des souches bactériennes utilisées et des conditions expérimentales. L'étude menée avec les isotopes stables du Mg comme traceurs d'altération n'a pas montré de fractionnements signant chaque processus. L'utilisation du modèle a ensuite permis de montrer que le potentiel d'altération des silicates par les communautés bactériennes dépend de leur origine et en particulier des teneurs en MO et en nutriments des horizons de sols échantillonnés. Deux stratégies d'altération des silicates par ces communautés ont été mises en évidence : (1) les communautés bactériennes isolées des horizons riches en nutriments libèrent peu d'acides organiques, mais très complexants (stratégie K), (2) les communautés isolées d'horizons pauvres en nutriments libèrent beaucoup d'acides organiques peu complexant (stratégie r). L'approche interdisciplinaire proposée dans ce travail permet d'identifier et de caractériser les processus d'altération de phyllosilicates par des bactéries et offre un outil d'identification fonctionnel prometteur pour évaluer la qualité des sols

  • Titre traduit

    Experimental characterization of the relationship between soil bacteria, phyllosilicates and solutions : modeling and role of environmental parameters


  • Résumé

    The bacteria play an important role in soil functioning and are also involved to the weathering of silicate minerals. The silicate weathering controlled the leaching of essential major mineral elements in solution, essential to maintaining soil fertility. However, although the main weathering processes of silicates are well known in aerobic (the proton- and ligand-promoted dissolution), this function of bacterial weathering of silicate minerals has never been used as a biological indicator of soil fertility. The first aim of this work was therefore to identify the process of weathering in two phyllosilicates by heterotrophic bacteria, using an empirical model of silicates weathering based on the activity of protons and ligands to identify and study the interactions between bacteria and minerals. Tracing of weathering processes by isotopic approach using stable isotopes of Mg has also been tested. The second aim was to correlate the “silicate weathering” function of bacterial communities of various soils in field conditions. This study confirms that the partial oxidation of glucose to organic acids is the predominant mechanism by which bacteria accelerate the leaching of elements under aerobic conditions during the weathering of biotite and phlogopite especially at pH close to neutrality. The empirical model used has been adapted to compare the initial release rate of iron in bacterial and abiotic weathering of micas to identify the two major processes involved. This approach highlighted the identification of phenotypes according to the metabolism and the competence of the bacterial strains used. The study with stable isotopes of Mg as tracers of weathering showed no fractionation during the proton- and ligand-promoted dissolution. Using the model in the second part of this work showed that the silicate weathering potential by microbial communities depends on their origin and in particular the contents of OM and nutrients of soil horizons sampled. Two strategies of silicate weathering in these communities have been identified: (1) the bacterial communities isolated from nutrient-rich horizons released few organic acids, but very chelating (strategy K), (2) communities isolated from nutrient-poor horizons release many low chelating organic acids (strategy r). The interdisciplinary approach proposed in this work to identify and characterize the weathering of phyllosilicates by soil heterotrophic bacteria or communities in different environments. It provides a original and promising tool for identifying functional to evaluate the quality of natural soils


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