Stefan Lalonde : Earth’s first biological bloom: An integrated field, geochemical, and geobiological examination of the origins of photosynthesis and carbonate production 3 billion years ago (EARTHBLOOM)

StG 2016, institution hôte : CNRS

Stefan Lalonde. Stefan Lalonde, chercheur CNRS au Laboratoire Domaines Océaniques (CNRS, UBO) hébergé à l’Institut universitaire européen de la mer (CNRS, IRD, UBO), a été récompensé d’une bourse ERC Starting Grant, du Conseil européen de la recherche, s’élevant à 1.85M€, qui financera une équipe de recherche sur une période de 5 ans. Les ERC Starting Grants visent à soutenir des chercheurs talentueux, à la pointe ou en voie de l'être, désirant constituer leur propre équipe de chercheurs et mener des recherches indépendantes en Europe. Cette subvention cible les chercheurs prometteurs, qui ont démontré leur potentiel à se hisser au rang de leaders indépendants de la recherche.

Le projet EARTHBLOOM se concentre sur les plus anciennes traces de vie photosynthétique sur Terre.  Les plus anciens sédiments retrouvés sur Terre remontent à 3,8 milliards d’années. Leurs compositions chimiques ont permis de montrer qu’à cette époque, la vie microbienne avait déjà évolué et colonisé la surface de la planète. Ces sédiments contiennent notamment quelques structures sédimentaires pouvant indiquer une activité photosynthétique, mais ils sont fortement altérés, ce qui limite leur utilité. Le projet ERC se concentrera donc principalement sur des dépôts sédimentaires plus jeunes (à 2,94 milliards d’années) mais mieux préservés, localisés dans le Nord de l’Ontario, au Canada. Ces dépôts sont uniques pour les multiples preuves de la vie photosynthétique qu’ils ont enregistrées, mais restent encore peu étudiés.

Les bactéries photosynthétiques sont très efficaces pour retirer le CO2 de leur environnement, et c’est cette habilité à diminuer localement le CO2 qui entraîne la précipitation des carbonates dans des écosystèmes photosynthétiques. Cependant, les archives sédimentaires sont quasiment dépourvues de carbonates durant le premier milliard d’années de l’histoire de la Terre. Ceci est attribué aux fortes concentrations en CO2, bien plus élevées qu’aujourd’hui sur la Terre primitive, ce qui inhibe la production des carbonates par les organismes photosynthétiques. Un des aspects novateurs de ce projet ERC est la proposition que la première accumulation significative des carbonates sur la Terre primitive correspondrait à une explosion sans précédent d’activité photosynthétique – les premiers blooms biologiques sur Terre. C’est pour cela que ce projet ERC est intitulé  EARTHBLOOM.

Les dépôts Canadiens sur lesquels se focalise EARTHBLOOM semblent capturer le premier exemple de ce type d’explosion de vie photosynthétique sur Terre il y a 3 milliards d’années. Ces dépôts, situés sur la « greenstone belt » de Red Lake, au centre Nord du Canada, sont composés d’environ 300 mètres d’épaisseur de carbonates. Ces carbonates ont été clairement produits par des bactéries photosynthétiques qui ont générées des structures calcaires distinctes que l’on nomme stromatolites. Effectivement, ces 300 m d’accumulation de carbonates stromatolitiques représentent la première plateforme carbonatée sur Terre. Le projet EARTHBLOOM se divisera en deux principales questions scientifiques entourant cet énigmatique dépôt. La première, quelles sortes de métabolismes microbiens, photosynthétiques ou autre, ont caractérisé cette communauté microbienne ?

Et la seconde, comment cette activité microbienne a influencé et permis la précipitation des carbonates sous de telles concentrations en CO2, et plus général, comment la précipitation des carbonates a démarré sur Terre ?
Pour répondre à ces questions, le projet EARTHBLOOM fait appel à des collaborateurs venant de France, du Canada, et des Etats-Unis. Ils participeront, à une échelle sans précédent sur cette thématique, aux missions de terrain et campagnes d’analyses.

Au laboratoire Domaines Océaniques (CNRS,UBO) et à l’Institut universitaire européen de la mer (CNRS, IRD, UBO), le projet EARTHBLOOM dépendra en grande partie des instruments et du personnel hautement qualifié du Pôle spectrométrie océan, avec une implication majeure de Pierre Sans-Jofre qui analysera la composition en isotopes stables d’éléments légers (Carbone-Azote-Oxygène-Soufre) utilisant la nouvelle plateforme des isotopes stables IRMS.

Les missions de terrain seront coordonnées par le Professeur Phil Fralick de l’Université de Lakehead (Thunder Bay, ON, Canada), sédimentologue du Précambrien renommé internationalement, ayant consacré quelques dizaines d’années à travailler sur d’anciennes roches du bouclier Canadien. Le projet EARTHBLOOM inclut un investissement majeur dans l’instrumentation, sous la forme d’un spectromètre de fluorescence des rayons X pour l’analyse élémentaire et minéralogique rapide d’échantillons de roches à l’échelle du micron, et deux systèmes automatisés de séparation chromatographique pour l’analyse isotopique d’éléments lourds. Il inclut également une mise à jour complète d’un instrument majeur du PSO, le MC-ICP-MS Neptune hébergé à IFREMER.