Dynamiques oxiques-anoxiques dans la subsurface continentale : prédiction et contrôle sur l’altération des roches et la biomasse profonde

soutenance de thèse pour obtenir le titre de Docteur en Sciences de la Terre et de l'Environnement, intitulée :
"Dynamiques oxiques-anoxiques dans la subsurface continentale : prédiction et contrôle sur l’altération des roches et la biomasse profonde".

Date et heure : 16 oct. 2023 à 14h (Heure de Paris, GMT+2).
Lieu : Salle OSUR, Bâtiment 14B - Université de Rennes, campus de Beaulieu. Rennes.
La présentation sera en anglais.

La soutenance sera également accessible en visioconférence :
Lien ZOOM : https://univ-rennes1-fr.zoom.us/j/95081558976
ID de réunion : 950 8155 8976

Résumé:
Les réactions redox impliquant l’oxygène dissous (OD) sont les plus énergétiques et offrent une source majeure d'énergie pour la biosphère profonde. La capacité des milieux fracturés à transporter rapidement des eaux oxygénées de la surface vers la profondeur permet le maintien d’une hydrosphère oxique profonde (HOP) jusqu’à présent négligée. Cette thèse porte donc sur l’origine, la dynamique et les conséquences de cette HOP.
Dans un premier temps, nous établissons un cadre conceptuel pour identifier les facteurs qui contrôlent le transport réactif de l’OD à l’échelle d’un bassin versant. Nous développons un modèle d’interactions eau-roche afin de prédire la profondeur de l’HOP. Ce modèle est ensuite utilisé pour expliquer l’occurrence d’une HOP dans les premiers 300 mètres de profondeur de l’Observatoire de la Zone Critique de Ploemeur (France). Par une approche isotopique, nous étudions le δ18O de l'OD au sein de l'HOP afin d'identifier la distribution des processus biotiques et abiotiques qui contrôlent la réactivité de l'OD dans le bassin versant.
Dans un deuxième temps, nous développons deux expériences in-situ pour explorer les conséquences de l’HOP sur le fonctionnement biogéochimique de la subsurface. Grâce à un test de traçage réactif à l'OD et une expérience d'incubation de minéraux, nous démontrons, respectivement, la réponse de la biomasse planctonique et de celle attachée aux minéraux aux dynamiques oxiques-anoxiques de la subsurface. Ces travaux mettent en lumière une HOP dans laquelle les processus biogéochimiques souterrains sont sensibles aux dynamiques hydrologiques de surface impliquant le transport de l'OD, remettant ainsi en question le paradigme de la biosphère profonde en tant que système inertiel et anoxique.

Mots clés : Zone Critique, Biosphère profonde, Transport réactif, Eaux souterraines, Altération des roches, Oxygène dissous.

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Abstract:
Redox reactions involving dissolved oxygen (DO) are the most energetic and provide a major source of energy for the deep biosphere. The ability of fractured rocks to rapidly transport oxygenated waters from the surface to depth allows for the existence of a deep oxic hydrosphere (DOH), which has been historically neglected. This thesis focuses on the origin, dynamics, and consequences of this DOH.
First, we establish a conceptual framework to identify the factors controlling the reactive transport of DO at the watershed scale. We develop a water-rock interaction model to predict the depth of the DOH. This model is used to explain the occurrence of a DOH within the first 300 meters of the aquifer in the Critical Zone Observatory of Ploemeur. We investigate the δ18O of DO within the DOH to identify the distribution of biotic and abiotic processes that control the reactivity of DO in the watershed.
Second, we conduct two in-situ experiments to explore the consequences of the DOH on the biogeochemical functioning of the subsurface. A reactive DO tracer test and a mineral incubation experiment are developed to study the response of, respectively, the planktonic and mineral-attached biomass to oxic and anoxic dynamics in the subsurface.This work highlights a DOH in which subsurface biogeochemical processes are sensitive to surface hydrological dynamics involving the transport of DO, thus challenging the paradigm of the deep biosphere as an inert and anoxic system.

Keywords: Critical Zone, Deep biosphere, Reactive transport, Groundwater, Rock weathering, Dissolved oxygen.