Proposition de sujet de thèse pour la rentrée 2011

Titre de la thèse : Utilisation de lipides complexes (alkyl tetraéthers de glycérol) comme marqueurs d’environnement dans les écosystèmes continentaux

La thèse sera réalisée au sein de l'équipe Géochimie Organique et Minérale de l'Environnement du laboratoire BioEMCo (Biogéochimie et Ecologie des Milieux Continentaux) situé à Paris (Université Pierre et Marie Curie):

L'équipe a une expertise reconnue en géochimie organique. Les travaux de recherche développés s'attachent à caractériser au niveau moléculaire la matière organique d'environnements variés (sols, eaux continentales, sédiments, météorites).

Sujet proposé
Les alkyl tetraéthers de glycérol sont des lipides complexes de haut poids moléculaire présents dans les membranes des Archaea et de certaines bactéries. Les Archaea sont des microorganismes procaryotes distincts des eucaryotes et des bactéries, vivant dans des conditions et environnements variés (terrestres et aquatiques). Les membranes des Archaea sont principalement constituées de lipides à la structure inhabituelle, les tetraéthers. Dans les sédiments marins, la distribution relative des différents tetraéthers d’Archaea varie avec la température à la surface des océans. Le développement de la chromatographie liquide haute
performance couplée à la spectrométrie de masse (HPLC/MS) a récemment permis de mettre en évidence une nouvelle famille de tetraéthers dans les sols. Ces derniers présentent une structure chimique différente des tetraéthers archéens et seraient produits par des bactéries anaérobies encore inconnues à ce jour. Les tetraéthers d’origine bactérienne ont été détectés aussi bien dans les sols que les sédiments. La structure des tetraéthers bactériens varie en fonction des paramètres environnementaux (principalement température de l’air et pH). Plusieurs études récentes ont montré que les tetraéthers bactériens constituaient de bons marqueurs paléoclimatiques. Même si les tetraéthers archéens et bactériens se révèlent être des marqueurs d’environnement particulièrement prometteurs, les informations dont nous disposons à ce jour sur ces molécules restent encore limitées. Le but sera, tout au long de cette thèse, d’acquérir une meilleure connaissance de ces lipides complexes dans les écosystèmes continentaux (sols, tourbes, lacs).
Dans un premier temps, afin de contraindre plus précisément quels facteurs environnementaux pourraient, outre le pH et la température, influencer la structure des tetraéthers bactériens et dans quelle mesure, ces molécules seront étudiés dans des échantillons de sols contrastés. Les différents échantillons seront extraits à l’aide de solvants organiques. Les composés ainsi isolés regroupent les lipides qui sont sous forme neutre et ceux engagés dans des lipides polaires (glyco- et phospholipides). A ce jour, les travaux menés sur les tetraéthers dans les sols et sédiments n’ont pratiquement concerné que les tetraéthers neutres. Or, les tetraéthers neutres, considérés comme des biomarqueurs des cellules mortes, peuvent fournir des informations environnementales différentes des tetraéthers polaires, qui indiquent la présence d’une biomasse vivante. L’abondance et la distribution des tetraéthers neutres et polaires seront systématiquement déterminées par HPLC/MS.

La dynamique des tetraéthers dans les sols sera également étudiée par isotopie du carbone rapport 13C/12C). Nous pourrons ainsi calculer le temps de résidence des tetraéthers dans les sols.
Enfin, on pensait jusqu’à présent que les tetraéthers bactériens étaient produits uniquement dans les sols. Or, de premières études suggèrent que dans les lacs, les tetraéthers bactériens ne proviennent pas seulement des sols environnants, mais qu’ils sont également produits in situ.
La double origine des tetraéthers bactériens dans les écosystèmes lacustres pourrait compliquer leur application en tant que marqueurs d’environnement. Dans le cadre de cette thèse, nous étudierons l’applicabilité des tetraéthers comme marqueurs d’environnement en milieu lacustre, plus particulièrement dans un lac d’Afrique équatoriale (lac Masoko, Tanzanie). L’objectif ultime sera de reconstituer les températures et pH de ces 45 000 dernières années dans le lac Masoko en utilisant les marqueurs d’environnement basés sur les tetraéthers.

Profil des candidats
Master 2 en Chimie – Chimie analytique – Chimie environnementale – Sciences de l'Environnement.
Une expérience dans le domaine de la chimie analytique sera appréciée.
Les candidats devront transmettre à Sylvie Derenne et/ou à Arnaud Huguet un CV, une lettre de motivation et les relevés de notes de M1 et du premier semestre de M2 (quand disponible) par e-mail avant fin avril 2011.