Diatom biofilms exopolymers : role in sedimentation, metal trapping and estuarine sand cohesion
Composition, propriétés et préservation des substances exopolymériques dans les sédiments estuariens : implications pour les cycles biogéochimiques et la diagenèse précoce
Résumé
Benthic biofilms develop on the surface of intertidal zones in estuaries. These biofilms correspond to an association of pirincipaly photoautotrophic microorganisms, mainly diatoms, associated with each other and attached to the surface of the sediment by the secretion of an adhesive extracellular matrix composed of exopolymeric substances (EPS). The EPS are composed of different sizes molecules, mainly polysaccharides and proteins, with variable physicochemical properties. Some of these molecules have a strong reactivity, a capacity to interact with elements (cations, water molecule, etc.) of the environment, which allows EPS to ensure many roles for the microbial community constituting the biofilm: protection against desiccation, protection against certain pollutants and pathogens, attachment to the substratum and migration in sediments, accumulation of nutrients from the environment, limitation of erosion, etc. Thus, diatoms, through the production of EPS, are more and more considered as ecosystem bioengineers. EPS are produced mainly at the surface and are progressively degraded and consumed by heterotrophic microorganisms at depth. Although the properties of EPS in surface biofilms are now well known, their preservation and evolution during burial and early diagenesis remain poorly understood.In this thesis, I characterized the physico-chemical properties of EPS extracted from diatom biofilms, as well as from sediments of the fluvio-estuarine point bar of Bordeaux-Nord, in the Gironde estuary. The results of this study can serve as a basis for future studies on the roles of EPS in other detrital sedimentary environments. Finally, these results provide new insights into the interpretation of ancient sedimentary processes, diagenetic mineral transformations and in the search for biosignatures.
Des biofilms benthiques se développent à la surface des zones intertidales dans les estuaires. Ces biofilms correspondent à une association de microorganismes principalement photoautotrophes, principalement des diatomées, associés entre eux et fixés à la surface des sédiments grâce à la sécrétion d’une matrice extracellulaire adhésive composée de substances exopolymeriques (EPS). Les EPS sont constituées d’un assemblage de molécules de différentes tailles, principalement des polysaccharides et des protéines, ayant des propriétés physico-chimiques variables. Certaines de ces molécules possèdent une forte réactivité, une capacité à interagir avec des éléments (cations, molécule d’eau, etc.) de l’environnement, ce qui permet aux EPS d’assurer de nombreux rôle pour la communauté microbienne constituant le biofilm : protection contre la dessiccation, proctection contre certains polluants et pathogènes, fixation au substratum et migration dans les sédiments, accumulation de nutriments issus de l’environnement, limitation de l’érosion, etc. Ainsi les diatomées à travers la production d’EPS sont de plus en plus considérées comme des bio-ingénieurs des écosystèmes. Les EPS sont produites principalement en surface et sont progressivement dégradés et consommés par des microorganismes hétérotrophes en profondeur. Bien que les propriétés des EPS des biofilms de surface soient maintenant bien connues, leur préservation et leur évolution durant l’enfouissement et au cours de la diagenèse précoce restent méconnus.Dans cette thèse, j’ai caractérisé les propriétés physico-chimiques des EPS extraites de biofilms à diatomées, ainsi que de sédiments du point bar fluvio-estuarien de Bordeaux-Nord, dans l’estuaire de la Gironde. Les résultats de cette étude peuvent servir de base à de futures études sur les rôles des EPS dans d’autres environnements sédimentaires détritiques. Enfin, ces résultats apportent de nouvelles idées pour l’interprétation des processus sédimentaires anciens, des transformations minérales diagénétiques et dans la recherche de biosignatures.
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