Les actualités du Département Ressources physiques et Ecosystèmes de fond de Mer

Persephonella atlantica sp.nov. :  Ou comment vivre dans une cheminée hydrothermale !

Des cultures d'enrichissement et d'isolement ciblant des microorganismes vivant à des températures comprises entre 30 et 80°C et capables d’oxyder le soufre ont été réalisées. Ces cultures ont permis d'isoler une nouvelle espèce de bactérie appartenant au genre Persephonella et nommée Persephonella atlantica.

Comme les trois autres espèces de ce genre, également isolées de l’environnement hydrothermal cette souche se développe à une température optimale d'environ 70°C. Elle présente une croissance en autotrophie (CO2 comme unique source de carbone) et oxyde des composés soufrés ou du dihydrogène pour se développer, en réduisant l'oxygène en conditions microaérophiles (très faible concentration en O2) ou le nitrate en anaérobiose (absence d’oxygène). Son génome a été séquencé et annoté.

L’étude approfondie des conditions de croissance de Persephonella atlantica a montré que l'utilisation de ces différents couples de substrats avait une influence sur sa température optimale de croissance et sa tolérance à l'oxygène. A notre connaissance il s'agit de la première description de ce phénomène, qui pourrait être une adaptation de cette bactérie aux conditions environnementales. En effet, une telle flexibilité physiologique et métabolique confère un avantage dans l'écosystème hydrothermal qui présente d'importants gradients de température et d'oxygène.

David François, AnneGodfroy, ClémentineMathien, JohanneAubé, CécileCathalot, FrançoiseLesongeur, StéphaneL’Haridon, XavierPhilippon and Erwan G.Roussel

Persephonella atlantica sp. nov.: How to adapt to physico-chemical gradients in high temperature hydrothermal habitats

Systematic and Applied Microbiology In Press, Journal Pre-proof

https://doi.org/10.1016/j.syapm.2020.126176

Les canyons sous-marins

Les canyons sous-marins sont des morphologies qui incisent les marges : pentes et parfois plateaux continentaux. Leur largeur, de quelques centaines de mètres, imposent des études à petite échelle, primordiales cependant pour la compréhension de l’océan global car ces canyons sont omniprésents le long de toutes les marges du globe. Ils relient le plateau continental, voire le littoral (e.g. le canyon du Var) et des estuaires (e.g. le canyon du Congo), directement à la mer profonde et sont les conduits principaux pour les courants de turbidité et donc pour les sédiments. Ces écoulements gravitaires de sédiments dévalent la pente, transforment la morphologie interne des canyons et affectent des infrastructures sous-marines sur leur chemin (e.g. câbles sous-marins) et produisent enfin les plus vastes accumulations sédimentaires de la planète qui constituent l’archive sédimentaire de la planète, de ses climats passés. Ce cycle sédimentaire accompagne le transfert vers l’océan profond du carbone organique, de l’oxygène, de nutriments et, de plus en plus, de contaminants et polluants (e.g. µ-plastiques).

Les études des processus physiques et hydro-sédimentaires dans les canyons sous-marins, dont deux nouveaux articles viennent d’être acceptés pour publication, continuent à démontrer que les petites échelles temporelles (i.e. celle des évènements) et spatiales (i.e. la morphologie interne des canyons) sont cruciales pour évaluer et interpréter le rôle des courants de turbidité et de leurs conduits sur les échelles longues, climatiques, océanographiques et géologiques.

Sur la base de données des campagnes Solveig (Surveillance par Outils Lagrangiens de la Vitesse des Écoulements et Instabilités Gravitaires), dans le canyon du Var, nous venons de démontrer, dans le cadre d’une thèse du projet Européen Slate, que sous l’effet des crues du fleuve (e.g. évènements de la tempête Alex, 2020) plusieurs courants de turbidité peuvent être générés, d’une part, et que ce sont les processus de propagation à l’intérieur du canyon qui déterminent l’évolution des écoulement et la possibilité de leur convergence en un seul écoulement majeur, d’autre part. Ceci démontrant que la signature sédimentaire dans les dépôts marins dit autant sur la génération que sur la propagation des évènements. L’interprétation du fonctionnement de la source (i.e. le bassin versant) dans les dépôts marins doit être plus nuancée et être basée également dans une compréhension (e.g. via la modélisation) du fonctionnement interne des canyons et de la production localisée de leurs dépôts.

Heerema H K., M. J.B. Cartigny, R. Silva Jacinto, S. M. Simmons, R. Apprioual, Peter J. Talling. How distinctive are flood-triggered turbidity currents? Journal of Sedimentary Research (accepted January 2021).

C’est dans l’objectif d’améliorer la modélisation physique (en bassin) et le design des systèmes turbiditiques qu’une étude morphologique et paramétrique sur les méandres du système sous-marin du Congo a été réalisée sur la base des données bathymétriques de l’Ifremer. Ces modèles physiques utilisent des profils symétriques et uniformes, car plus simple et moins arbitraire. L’idée clef est de reproduire à échelle réduite, dans le laboratoire expérimental de l’Université de Leeds, un système turbidique dont la variabilité des méandres et de leurs sections transversales sera prise en compte afin de reproduire des évolutions morphologiques difficiles à simuler jusqu’à présent.

Palm, F.A., Peakall, J., Hodgson, D.M., Silva Jacinto, R., Marsset, T., Dennielou, B., Babonneau, N. Width variation around bends of active and inactive submarine-fan channels: Implications for sedimentation and channel evolution. Marine Geology (Accepted)

Dispositif microfluidique à électrodes imprimées pour le tri du phytoplancton

La diélectrophorèse (DEP) est une technique puissante capable de pré-concentrer puis trier des micro-objets présents naturellement ou non en eau de mer, grâce à leurs propriétés diélectriques différentes. En effet, la diélectrophorèse permet d’attirer ou de repousser ces objets de zones de fort gradient de champ électrique (la force motrice de la diélectrophorèse), en fonction de la fréquence et de la tension appliquée entre les électrodes.

 Ce travail décrit la production, l’optimisation et la caractérisation de lab-on-chip présentant des électrodes d’argent obtenues par impression jet d’encre sur le plafond et le plancher des microcanaux pour la manipulation et la séparation de particules micrométrique (1-50 µm) à un débit de 150 µl.min-1. L’ambition de ce travail est de proposer, à terme, un outil complémentaire de la cytométrie, basé sur les propriétés diélectriques des cellules plutôt que sur leurs propriétés optiques.

 Pour ce travail, le design des électrodes s’est inspiré de la littérature. Nous avons d’abord cherché à améliorer les performances des dispositifs existant, en superposant les électrodes : nous montrons ainsi qu’un gradient de champ électrique maximal est obtenu en optimisant l’asymétrie du réseau globale d’électrode, c’est-à-dire branchant une seule électrode interdigitée contre les 3 autres. Nous montrons aussi, grâce à la microscopie confocale, que des particules peuvent être manipulées dans toute la hauteur du canal microfluidique. La modélisation de la distribution du champ électrique a quant à elle permis d’expliquer comment cette configuration d’électrode permet de focaliser des particules de très petit diamètre (<1µ) en un filet de particule. Cette observation démontre le potentiel de cette méthode pour la manipulation de nanoparticules vers des zones d’analyses comme la spectroscopie vibrationelle.

Les techniques de fabrication des prototypes mis au point pour ce travail permettant une fabrication aisée des lab-on-chip,  nous avons pu caractériser plusieurs microalgues par diélectrophorèse et ainsi établir leurs diélectrophérogrammes (figure 2.B): la vitesse et le sens de déplacement des microalgues sous l’action de la diélectrophorèse est représenté graphiquement, où une vitesse positive est attribuée à une algue qui est attirée par le gradient de champ électrique tandis qu’une vitesse négative est attribuée lorsqu’une cellule s’en éloigne. C’est une signature caractéristique d’un type de microalgue, qui permet la mise au point de protocole de filtration sélectif. C’est ce que nous avons montré en séparant en flux les microalgues Alexandrium et Scripsiella.

 Pour faire suite à ce travail, nous étudions l’impact du cycle cellulaire sur leur comportement en diélectrophorèse, afin d’affiner les protocoles de tri cellulaire pour les cellules dont les diélectrophérogrammes sont très proche comme Alexandrium et Scrippsiella (figure 2.B en rouge et en noir).

Lylian Challier, Justin Lemarchand, Catherine Deanno, Cécile Jauzein, Giorgio Mattana, Guillaume Mériguet, Benjamin Rotenberg, Vincent Noël, Printed Dielectrophoretic Electrode‐Based Continuous Flow Microfluidic Systems for Particles 3D‐Trapping. Particle and Particle Systems Characterization, Wiley-VCH Verlag, 2021, pp.2000235.

Campagne Kanarecup – Discussions autour du futur observatoire de Nouvelle Calédonie

Les monts sous-marins, structures uniques par leur élévation, jouent un rôle clé dans l’océan. Généralement qualifiés de points chauds de diversité et de biomasse, ils sont aussi des relais plausibles pour la dispersion des espèces. Ce sont des écosystèmes vulnérables parfois soumis à des efforts de pêche intensifs, et des cibles potentielles pour l’exploitation des encroûtements polymétalliques.

Le Parc Naturel de la Mer de Corail, qui recouvre l’ensemble de la ZEE de Nouvelle Calédonie est l’une des plus grande Aires Marines Protégées dans le monde (1.3 millions de km²). Plus de 100 monts sous-marins y ont été dénombrés et sont ciblés par les mesures de protection. La campagne Kana-Recup menée en décembre 2020, a participé à fournir des connaissances scientifiques sur ces écosystèmes encore peu connus. Elle fait suite à la campagne Kanadeep2 menée par le MNHN et l’Ifremer, et qui a exploré, pour la première fois par ROV, trois monts sous-marins.

L'objectif principal de la campagne Kana-Recup était de récupérer des mouillages océanographiques déployés un an auparavant sur deux de ces monts, équipés d’appareils de mesures des courants, de la température, salinité, oxygène, ainsi que de grands pièges permettant la collecte séquentielle des éléments nutritifs et des larves arrivant près du fond. Des acquisitions sont également prévues pour participer à caractériser les courants et le micronecton, organismes migrant verticalement dans la colonne d’eau. La campagne est réalisée sur le navire ALIS, dans le cadre d’une collaboration entre l’Ifremer, le MNHN, l’IRD et la CPS[1].

 Le déplacement à Nouméa a permis de progresser dans la constitution d’un réseau de collaborations scientifiques pour le montage d’un observatoire long terme pluridisciplinaire, impliquant des océanographes physiciens, des géologues (dont le SGNC[2]) et des biologistes. Il s’agissait également de créer des liens avec le projet Territoire d’Innovation de Nouvelle Calédonie et d’apporter de l’information vers les gestionnaires du Parc Marin. Ce projet, né de discussions dans le cadre du dialogue maritime franco-japonais entre le Jamstec et l’Ifremer, est l’un des volets de ScInObs (Sciences Innovation et Observatoires sous-marins) du Plan d’Investissement Exceptionnel (PIE)  de l’Institut.

[1] MNHN : Muséum National d’Histoire Naturelle- IRD : Institut de Recherche pour le Développement- CPS : Communauté Pacifique Sud.

[2] SGNC : Service Géologique de Nouvelle Calédonie

Campagne RAPROCAN2012 : Intercomparaison de CTD in situ

Suite aux travaux réalisés dans le cadre des projets NAOS et Euro-Argo Rise, RDT a déployé cinq nouveaux profileurs, au large des Canaries. La campagne RAPROCAN2012 a été organisée par l’institut espagnol d’océanographie (IEO) et s’est déroulée du 9 au 23 décembre 2020 (photos ci-après). Ces travaux visent à proposer une alternative au fournisseur Seabird, en position de monopole, en évaluant une CTD RBR, embarquée sur des profileurs pour des pressions de 2 000dbar. Ainsi deux Arvor-I RBR, accompagnés d’un Arvor-I standard (SBE41CP), ont été déployés durant la campagne. De plus, pour évaluer les capteurs SBE41CP et RBR pour des pressions supérieures, deux deep-Arvor « Tritête », équipés des trois CTD (SBE41CP, SBE61CP et RBR) ont également été déployés. Ainsi, les trois CTD sont comparées in situ sur un même instrument. L’objectif étant de conclure sur la pertinence de la CTD SBE41CP et sur la qualité de la mesure délivrée par la CTD RBR, pour des pressions jusqu’à 4 000dbar. Dans le prolongement du WP3 du projet Euro-Argo Rise, deux deep-Arvor « Bitête », avec la CTD RBR en lieu et place de la CTD SBE41, sont en cours de conception et seront déployés durant la prochaine campagne RAPROCAN, en fin d’année 2021.