Marges continentales

Une marge continentale constitue la zone de transition entre la limite du plateau continental et la plaine abyssale.

Les marges constituent en conséquence des zones océaniques très étendues en bordure de l'ensemble des continents. Schématiquement, il existe des marges dites actives en zone de subduction et des marges passives lorsque la transition entre la plaque océanique et la plaque continentale est inactive.

Les marges constituent des zones majeures d'accumulation de sédiments marins. Différents processus contribuent à l'émission de fluides froids dont la composition varie considérablement d'un site à l'autre, mais dont la caractéristique majeure, comme pour les fluides des sources hydrothermales, est la richesse en composés réduits. Les travaux relatifs aux marges océaniques ont mis en évidence l’existence d’écosystèmes chimiosynthétiques dépendant de l’expulsion de gaz (essentiellement méthane (CH4) et hydrogène sulfuré (H2S)), de fluides et de boue au niveau du plancher océanique. De très importantes quantités de méthane sont stockées dans les sédiments des marges continentales sous forme de gaz libre, dissout ou emprisonné dans la glace (hydrate de gaz). L’origine du méthane dans les zones de suintements froids est déterminée par la composition isotopique du carbone ò13C. Ainsi son origine peut être biogénique, thermogénique ou mixte. Localement, les émissions de méthane dans la colonne d’eau peuvent être observées sous forme de bulles de gaz. Cependant, seulement 3% du méthane d’origine sédimentaire se retrouve dans l’atmosphère. Les données moléculaires et isotopiques suggèrent que l’essentiel du méthane produit dans les sédiments marins a une origine biogénique. Or très peu d’études se sont intéressées au compartiment méthanogène dans les sédiments marins de suintements.

 

Dans les sédiments anoxiques contrôlés par les phénomènes de diffusion, tout le méthane produit au cours de la méthanogenèse est oxydé dans la zone de transition méthane-sulfate et n’atteint jamais l’eau du fond. Ceci est essentiellement le résultat du processus d’oxydation anaérobie du méthane (AOM: Anaerobic Oxydation of Methane) pour lequel le sulfate représente l’accepteur d’électron terminal. L’oxydation anaérobie du méthane est possible grâce à l’association en consortium d’archées affiliées à des méthanogènes avec des bactéries sulfato-réductrices. Des études récentes ont montré que l’ «AOM» domine dans les sédiments marins et consomme 60 à 100% du flux de méthane. Cette voie métabolique produit également des quantités importantes d’hydrogène sulfuré (H2S) dans les sédiments marins qui alimente des communautés thiotrophes telles que des bactéries filamenteuses et des animaux symbiotiques.

D’autre part, dans le sédiment de surface (premiers millimètres), le méthane peut être oxydé en condition aérobie (source de carbone et d’énergie : Mox, Methane aerobic oxidation) par des bactéries. Ce processus est pris en charge par des cellules libres et des cellules symbiotiques avec la macrofaune. Les bactéries méthanotrophes consomment jusqu’à 80% du méthane produit dans les environnements marins et en eaux douces. Cependant, les sédiments marins sont faiblement enrichis en oxygène provenant de la colonne d’eau et ne fournissent pas de bonnes conditions pour l’établissement de communautés méthanotrophes aérobies à l’état de cellules libres. Au contraire, la mobilité, le type de sédiment et les activités de ventilation des animaux hôtes des bactéries méthanotrophes aérobies facilitent l’établissement de ces communautés.

L’objectif des travaux menés au sein de l'UMR 6197 est en premier lieu l'étude de la diversité microbienne et du fonctionnement des écosystèmes associés aux zones de suintements froids au niveau des marges continentales. Ceci devrait permettre de comprendre et d’identifier les voies métaboliques anaérobies et aérobies de formation et de consommation du méthane en milieu sédimentaire. Dans ce but, il sera nécessaire de préciser d’abord la nature des acteurs microbiens dans les écosystèmes sédimentaires marins riches en méthane et en hydrogène sulfuré, leur abondance, leur dynamique et la structure des communautés ainsi formées. Cette étude sera étendue aux communautés microbiennes associées aux hydrates de gaz et aux sédiments associés. Dans un deuxième temps, les voies de méthanogenèse responsables de la production de méthane dans les zones de suintements, et la part de la méthanogenèse acétoclaste, hydrogénotrophe et/ou méthylotrophe impliquée dans la production du méthane sera précisée de même que l’importance du compartiment méthanotrophe aérobie dans le cycle du méthane.

Ces travaux ont été réalisé pour partie dans le cadre du programme européen HERMES et sont poursuivis dans celui de HERMIONE.

Pour une information générale sur la microbiologie des environnements extrêmes en Méditerranée, consulter le site de la campagne MEDECO et la fiche n°4 de cette campagne.

Ces travaux seront poursuivis en étudiant les échantillons collectés lors de la campagne WACS.