Academic literature on the topic 'Serpentinisation AND serpentinization'

Central America has recently been an important focus area for investigations into the complex processes occurring in subduction zones. Here we review some of the new findings concerning subduction input, magma production and evolution, and resultant volcanic output. In the Nicaraguan portion of the subduction zone, subduction input is unusually wet, likely caused by extensive serpentinization of the mantle portion of the incoming plate associated with bending-related faulting seaward of the Middle America trench. The atypical influx of water into the Nicaraguan section of the subduction zone ultimately leads to a regional maximum in the degree of mantle melting. In central Costa Rica, subduction input is also unusual in that it includes oceanic crust flavored by the Galapagos plume. Both of these exotic subduction inputs are recognizable in the compositions of magmas erupted along the volcanic front. In addition, Nicaraguan magmas bear a strong chemical imprint from subducting hemipelagic sediments. The high-field-strength-element depletions of magmas from El Salvador through Costa Rica are related to local variations in the depth to the subducting Cocos plate, and, therefore, to segmentation of the volcanic front. Minor phases, probably amphibole or rutile, control these variable depletions. Silicic magmas erupted along the volcanic front exhibit the same along-arc geochemical variations as their mafic brethren. This and their mantle-like radiogenic isotopic compositions suggest the production of juvenile continental crust all along the Central American subduction zone. Punctuated times of enhanced magmatic input from the mantle may aid in crustal development.SOMMAIREL’Amérique centrale a récemment été le lieu de recherches sur les processus complexes se produisant dans les zones de subduction. Ici nous passons en revue certaines découvertes sur nature des intrants de subduction, la production et l’évolution des magmas, ainsi que les extrants volcaniques résultants. Dans le segment nicaraguayen de la zone de subduction, les intrants de subduction sont exceptionnellement humides, probablement à cause de la serpentinisation généralisée de la portion mantélique de la plaque en subduction, fissurée par flexure dans partie marine de la fosse océanique de l’Amérique centrale. L'afflux atypique en eau dans le segment nicaraguayen de la zone de subduction induit ultimement un maximum régional de la proportion de fusion du manteau. Dans la portion centrale du Costa Rica l’intrant de subduction est lui aussi atypique en ce qu’il comprend une croûte océanique teintée par le panache des Galápagos. Ces deux intrants de subduction atypiques sont répercutés dans la composition des magmas éjectés le long du front volcanique. En outre, les magmas nicaraguayens affichent une forte empreinte chimique héritée des sédiments hémipélagiques en subduction. Les appauvrissements en éléments à fortes liaisons atomiques des magmas, du El Salvador jusqu’au Costa Rica, sont liés à des variations localisées de la profondeur de la plaque en subduction de Cocos, et donc, à la segmentation du front volcanique. Des phases mineures, probablement amphibole et rutile, déterminent ces appauvrissements variables. Les magmas siliceux éjectés le long du même front volcanique montrent les mêmes variations géochimiques le long de l’arc que leur contrepartie mafique. De plus, les compositions radiogéniques de leurs contreparties mantéliques évoquent la production d’une croûte continentale juvénile le long de la zone de subduction de l’Amérique centrale. Des épisodes d’accroissements ponctuels des intrants magmatiques du manteau peuvent contribuer au développement d’une croûte.

L'altération hydrothermale du manteau lithosphérique dans les dorsales médio-océaniques fournit un mécanisme de transfert de chaleur et de masse entre la terre profonde et l'océan recouvrant. Le manteau lithosphérique est constituée de roches ultramafiques, également appelées péridotites. Ils comprennent plus de 70% d'olivine, de pyroxènes associés et de phases minérales mineures. La percolation de l'eau de mer dans le socle ultramafique produit l'altération de l'olivine et des pyroxènes en serpentine par le processus de serpentinisation et il est associé à des réactions d'oxydation et de carbonatation (lorsque le CO2 est présent dans le fluide). Le processus de serpentinisation présente un intérêt particulier pour la production de H2, le stockage du CO2, le développement de la vie et la production de gisements de minerai économiquement intéressants concentrés dans les fumeroles hydrothermaux. La durabilité et l'efficacité des réactions nécessitent la pénétration et le renouvellement des fluides à l'interface fluide-minéral. Les failles et les fractures des détachements océaniques sont les zones hautement perméables qui permettent à l'eau de mer de pénétrer profondément dans le manteau lithosphérique. Cependant, le processus de serpentinisation conduit à la précipitation de minéraux de faible densité qui peuvent remplir le réseau poreux, colmatant les chemins d'écoulement qui peuvent modifier les propriétés hydrodynamiques et la réactivité des roches réagi.Ces travaux de thèse visent à améliorer la compréhension des effets en retour des réactions sur les propriétés hydrodynamique du milieu dans les zones hautement perméables au cours des premières étapes de l'altération du socle ultramafique. Il se concentre en particulier sur les changements de texture et les réactions chimiques des roches ultramafiques en évaluant les effets du (i) débit et (ii) des fluides salins riches en CO2. Deux séries d'expériences de percolation réactive ont été réalisées à T = 170-190°C et P = 25MPa. La première série d'expériences consistait à injecter de l'eau de mer dans des échantillonnes de poudre d'olivine compressé sur une large gamme de débits constants. La tomographie par rayons X de haute résolution a été acquise avant et après l'expérience avec des débits élevés; afin d'évaluer les changements dans la microstructure de la roche lors de la réaction de serpentinisation. La deuxième série d'expériences consistait à injecter des fluides salins riches en CO2 dans des échantillonnes de péridotite fracturés mécaniquement.Les résultats ont permis de différencier: (1) un contrôle du débit du flux à l'échelle du pore peut contrôler la composition du fluide local et le développement de différents chemins de réaction à l'échelle de l'échantillon. (2) Le développement de différentes chemins réactifs et les changements de texture dans la roche dépend de la concentration de CO2 dissous dans la solution. (3) La formation de minéraux carbonatés (MgCO3) peut stocker du CO2 sous forme stable de minéral à long terme. (4) Un contrôle de la concentration de CO2 dissous dans le fluide et du réseau de fractures peut améliorer / limiter l'efficacité du stockage de CO2 dans les réservoirs de péridotite fracturés.Ces nouvelles données suggèrent un contrôle complexe de la structure des roches ultramafiques dans le processus de serpentinisation et fournissent de nouvelles perspectives pour le stockage potentiel du CO2 dans les réservoirs fracturés à la péridotite
The hydrothermal alteration of the mantle lithosphere at mid-ocean ridges provides a mechanism for transferring heat and mass between the deep Earth and the overlaying ocean. The mantle lithosphere is constituted by ultramafic rocks, also called Peridotites. They comprise more than 70% of olivine, associated pyroxenes and minor mineral phases. The percolation of seawater into the ultramafic basement produces the alteration of olivine and pyroxenes to serpentine through the so-called serpentinization process and is associated to oxidation and carbonation reactions, the later when CO2 is present. The serpentinization process has special interest on H2 production, CO2 storage, development of life, and the production of economically valuable ore-deposits concentrated at hydrothermal vents. The sustainability and efficiency of the reactions requires penetration and renewal of fluids at the mineral-fluid interface. Oceanic detachment faults and fractures are the highly permeable zones allowing seawater derived fluids to penetrate deeply into the mantle lithosphere. However, the serpentinization process lead to the precipitation of low density minerals that can fill the porous network, clogging flow paths efficiently that may in turn modify the hydrodynamic properties and the reactivity of the reacted rocks.This PhD thesis aims at better understanding the feedback effects of chemical reactions on the hydrodynamic rock properties occurred on highly permeable zones during the earliest stages of alteration of the ultramafic basement. It focuses in particular on the changes in texture and chemical reaction paths of ultramafic rocks by assessing the effects of (i) flow rate and (ii) CO2-rich saline fluids. Two suite of reactive percolation experiments were performed at T=170-190°C and P=25MPa. The first suite of experiments consisted in injecting artificial seawater into porous compressed olivine powder cores over a wide range of constant flow rates. X-Ray µ-tomography of high resolution was acquired before and after the experiment run with high flow rates; in order to evaluate the micro-structural changes of the rock occurred during the serpentinization reaction. The second suite of experiments consisted in injecting CO2-rich saline fluids into peridotite cores mechanically fractured.The results allowed us to differentiate: (1) That, a control of flow infiltration rate at the pore-scale can control the local fluid compositions and the development of different reaction paths at the sample-scale. (2) The development of different reaction paths and textural changes in the rock depends on the concentration of CO2 dissolved in solution. (3) The formation of carbonate minerals (MgCO3) can store CO2 in a form of stable mineral at long-term. (4) A control of the concentration of dissolved CO2(g) and the fracture network can enhance/limit the efficiency of CO2-storage in peridotite fractured reservoirs.These new supporting data suggest a complex control of the structure of the ultramafic rocks in serpentinization process and provides new insights for the potential CO2-storage in peridotite fractured reservoirs

L'altération hydrothermale d'une péridotite océanique conduit à une profonde transformation minéralogique qui correspond au " processus de serpentinisation ". Durant ce processus, le Fe2+ initialement contenu dans les olivines et/ou les pyroxènes peut s'oxyder en Fe3+ en incorporant des phases nouvellement formées comme la serpentine et la magnétite. L'hydrolyse de l'eau associée à cette réaction entraine la production de grandes quantités d'hydrogène. Au niveau des dorsales océaniques, de fortes concentrations en hydrogène et hydrocarbures ont été récemment mises en évidence sur quelques sites hydrothermaux d'un genre nouveau, tous situés dans un contexte ultrabasique. Dans le but de comprendre les processus contrôlant l'altération hydrothermale des péridotites, et en particulier la production d'hydrogène dans ce type de contexte, nous avons couplé des expériences de serpentinisation insitu à des simulations thermodynamiques. Les produits de synthèse obtenus dans nos expériences ont été caractérisés à l'aide de différents outils spectroscopiques, principalement par absorption des rayons X en synchrotron. Nous avons ainsi développé plusieurs protocoles expérimentaux permettant d'une part de quantifier les proportions des phases minérales, mais aussi de déterminer la distribution et la spéciation du fer dans nos échantillons altérés. Nos expériences montrent que la cinétique de serpentinisation est fortement dépendante des conditions physicochimiques (température, rapport eau/roche, état structurel et composition chimique de protolithe) présentes dans le milieu naturel. Parallèlement, ces travaux indiquent que les rôles joués par la serpentine et la magnétite dans la production d'hydrogène évoluent suivant la température mais changent également fortement au cours de la réaction. Ces résultats, affinés par des modélisations numériques, ont été replacés dans un cadre naturel, dans le but de déterminer les différents processus se produisant le long d'un trajet P-T hydrothermal. Il apparait ainsi que l'essentiel de la réaction de serpentinisation s'effectue sur le trajet " prograde " avec une production maximale d'hydrogène située autour de 325°C. Enfin, et grâce aux gradients de température estimés dans ce type de contexte, nous avons pu estimer la taille et la géométrie probable d'un site hydrothermal comme celui de " Rainbow ".

Afin de mieux comprendre la serpentinisation des roches mantelliques au niveau des dorsales océaniques lentes, diverses séries d’expériences ont été réalisées à 50 MPa et 250, 300 et 350 ℃ pour quantifier l’H₂ produit et clarifier les liens entre la production d’ H₂, les phases minéralogiques produites et les propriétés rédox dues à la présence d’ H₂. Les résultats, qui constituent un effort cohérent de prise en compte des paramètres et conditions rédox lors de la serpentinisation, sont les suivants : – Une nouvelle méthode expérimentale de mesure in situ de la \fH a été mise au point à 250 et 300 ℃, 50 MPa. Les deux variables exprimant la concentration d’H2 dans le fluide, \molalHydAq et \fH, ont été reliées quantitativement. Ces résultats permettent le calcul de la \fO dans les systèmes hydrothermaux océaniques à partir de la concentration en hydrogène dissout. La production d’ H₂ commence précocement, augmente rapidement et est continue au cours de la serpentinisation. – Les expériences d’interaction harzburgite-eau de mer montrent que la serpentinisation est une dissolution irréversible de l’olivine et de l’orthopyroxene et qu’elle se décompose en une succession d’étapes impliquant des assemblages de phases hors d’équilibre et métastables. – Les mécanismes de la serpentinisation et les assemblages de phases produits (en particulier les oxydes de fer) dépendent de la \fH laquelle est étroitement contrôlée par les régimes de circulation des fluides dans la croûte océanique. – La modélisation thermodynamique des fluides hydrothermaux riches en H₂ souligne le besoin de connaître précisément \yHydAq , le coefficient d’activité de \hydAq
To better understand serpentinization of mantle rocks at slow-spreading ridges, several series of experiments have been conducted at 50 MPa and 250, 300 et 350 ℃ to quantify the H₂ production associated with the serpentinization process, and to clarify the relations between the H₂ generation, the nature of product mineral phases and the redox properties of H₂ bearing hydrothermal systems. The main results of this work, which represents a significant effort toward the consideration of redox parameters and processes during serpentinisation, are the following: – A new experimental method of in situ monitoring of the \fH has been set up at 250 and 300 ℃, 50 MPa. The two variables expressing the H₂ production, \molalHydAq; aq and \fH , have been related quantitatively. Results enable the \fO of hydrothermal oceanic systems to be computed from the dissolved hydrogen concentration. H₂ production starts early, increases rapidly and is continuous in our serpentinization experiments. – Harzburgite-seawater interaction experiments show that serpentinisation is an irreversible dissolution reaction of olivine and orthopyroxene and that it consists of a sequence of discrete steps involving metastable and disequilibrium phase assemblages. – Serpentinisation mechanisms and phase assemblages (especially Fe oxides) depend on \fH, the latter being closely controlled by processes of fluid circulation in the oceanic crust. – Thermodynamic modelling of H₂ rich hydrothermal fluids stresses the need to know precisely \yHydAq, the activity coefficient of \hydAq

La réaction de serpentinisation résulte de l'interaction de l'eau de mer, ou de fluides hydrothermaux avec les roches mantelliques. Elle engendre des changements de propriétés chimiques de la lithosphère océanique, avec notamment un enrichissement en éléments mobiles (ex. As, Sb, Li, Cs, Pb, et B). Ces éléments sont importants en sciences de la terre car ce sont des traceurs géochimiques des interactions fluides-roches depuis la ride océanique jusqu'aux zones de subduction. Cependant il existe peu d'études quantitatives s'intéressant à la séquestration de ces éléments durant la formation de serpentine. Ce travail de thèse a pour but de caractériser le partitionnement de certains éléments mobiles entre un fluide et la serpentine de manière expérimentale. Pour cela, nous avons développé deux protocoles expérimentaux en condition alcaline. Le premier, consiste en la synthèse de chrysotile à partir d'un gel à la stoechiométrie de la serpentine, à 300 °C et Psat. Pour le second protocole, la serpentine est obtenue par altération de grains d'olivine San Carlos (granulométrie : <30 µm, 30-56 µm, >56 µm) à 200 °C (Psat) pour 1M de NaOH et en présence de carbonate (HCO3-). La minéralogie des produits expérimentaux ainsi que leurs abondances modales ont été déterminées par diffraction des rayons-X, spectroscopie infrarouge et analyse thermogravimétrique. Les propriétés texturales ont été caractérisées par microscopie électronique à balayage et à transmission haute résolution. La composition du produit solide a été mesurée par spectrométrie de masse et analyse par microsonde-éléctronique et l'état d'oxydo-réduction du fer a été déterminé par analyses Mössbauer. Des analyses d'absorption des rayons-X (XAS) ont été effectuées afin d'analyser la structure locale de l'antimoine et de l'arsenic. La combinaison de ces techniques analytiques a permis de montrer que la synthèse de chrysotile pur à 300 °C est effective après seulement 8 heures de réaction. A 200°C, l'olivine est remplacée (pseudomorphose) par le chrysotile et la brucite suivant la réaction : 2〖Mg〗_1.8 〖Fe〗_0.2 〖SiO〗_4+3H_2 O=>〖(Mg〗_0.86 〖Fe(II)〗_0.12)(〖OH〗_2 )+(〖Mg〗_0.92 〖Fe(II)〗_0.03 〖Fe(III)〗_0.05 )_3 〖Fe(III)〗_0.04 〖Si〗_1.96 (OH)_4 Le remplacement est total après 1 mois (<30 µm) et 3 mois (30 et 56 µm). En présence de carbonate, l'altération de l'olivine est caractérisée par une cinétique plus lente et est contrôlée par la précipitation de la magnésite et de la lizardite. En reprenant les 2 protocoles expérimentaux de synthèse de chrysotile (1M NaOH), et en dopant le fluide en un élément trace (Li, As, Cs, Sb et B) le partitionnement des éléments mobiles a pu être étudié. Le coefficient de partage solide-fluide (KD) a pu être défini pour chaque élément durant la synthèse du chrysotile à 300 °C en modélisant nos résultats suivant l'équation de Langmuir (concentrations en solution de 5 à 2000 µg g-1). La séquence obtenue pour les coefficients de partage est la suivante : 0.5

Le système hydrothermal de la baie de Prony en Nouvelle-Calédonie est composée de plusieurs sources émettant à faible profondeur des fluides hyperalcalins, mesothermiques, et anoxiques riches en hydrogène (H2) et méthane, produits par la réaction de serpentinisation. Dans le cadre de ces travaux de thèse, la capacité potentielle des microorganismes à produire de l’H2 dans ces écosystèmes a été évaluée par des analyses moléculaires et culturales. Nos premières analyses moléculaires ont mis en évidence une grande diversité de bactéries et une faible diversité d’archées. La diversité et la distribution des populations productrices d’H2 a ensuite été spécifiquement évaluée par des analyses métagénomiques et basées sur la PCR. Les séquences de gènes hydA, utilisés comme marqueur moléculaire des bactéries productrices d’H2, étaient principalement associées à celles du phylum des Firmicutes. Deux groupes de séquences hydA se sont distinguées en fonction de l’origine des échantillons. De plus, plusieurs nouvelles bactéries alcalophiles ont été isolées de différents sites. Parmi elles, la souche alcalophile et anaérobie, PROH2 est capable de produire efficacement de l’H2 par voie fermentaire en condition alcaline (pH 9,5), de façon comparable aux espèces de Clostridium neutrophiles. Ces travaux présentent également la caractérisation d’une nouvelle espèce bactérienne anaérobie, mésophile et alcalophile (pH optimum de 9,5) d’un nouveau genre, nommée Serpentinicella alkaliphila, isolée d’un site intertidal de la baie de Prony. L’ensemble des données démontre la capacité des Firmicutes des environnements associés à la serpentinisation à produire de l’H2 par voie fermentaire
The Prony hydrothermal field (PHF, New Caledonia) is composed of several shallow-submarine springs discharging into the lagoon seawater high pH, moderate temperature, low-salinity fluids, enriched in hydrogen (H2) and methane produced by serpentinization. In this work, we evaluated the potential ability of microorganisms to produce H2 in this alkaline ecosystem by using both molecular and cultural approaches. Our first molecular analyses provided evidence of high bacterial abundance and diversity contrasting with low archaeal diversity in the PHF chimneys. The diversity and distribution of potential H2-producing bacteria were specifically investigated by using metagenomic analyses and different PCR-sequencing methods. The sequences of hydA genes encoding the catalytic subunit of [FeFe]-hydrogenases, used as molecular marker of H2-producing bacteria, were mainly related to those of Firmicutes. Two groups of hydA sequences were distinguished according to the origin of the samples. Moreover, novel alkaliphilic H2-producing Firmicutes were successfully cultivated from PHF chimneys. Among them, an alkaliphilic and anaerobic strain, Clostridium sp. PROH2, belonging to the genus Clostridium, demonstrated efficient H2 production at a high pH, comparable to neutrophilic clostridial species. This manuscript also present the characterization of a novel anaerobic, mesophilic and alkaliphilic species belonging to a new genus, named Serpentiniticella alkaliphila 3bT, isolated from an intertidal PHF site. Both molecular and cultivation-based data demonstrated the ability of Firmicutes originating from serpentinite-hosted environments to produce H2 by fermentation

Les péridotites, roches du manteau terrestre, sont instables en présence d'eau et peuvent se transformer en un minéral hydraté la serpentine, qui a la capacité remarquable de générer de l'hydrogène H2; cette réaction s'appelle la serpentinisation. Au niveau des dorsales médio-océaniques, la circulation d'eau dans ces roches conduit à la formation de larges systèmes hydrothermaux. Ils montrent différentes conditions de température et de pH des fluides, bien qu'ils conduisent tous à la formation abiotique d'H2, de méthane CH4 et possiblement d'autres hydrocarbures légers.Cette thèse est dédiée à l'étude du rôle de la composition chimique du fluide hydrothermal sur la cinétique et les mécanismes de serpentinisation des roches ultrabasiques à différentes conditions de P-T. L'interaction entre l'olivine et/ou l'orthopyroxène a été analysée avec une solution aqueuse simulant une eau de mer enrichie en aluminium et/ou en ions bicarbonates, à différents pH. Une première série d'expériences a été réalisée à 200, 340 °C et 200 MPa en lp-DAC à l'ESRF en France. Elle a permis de quantifier les paramètres cinétiques de réaction, de déterminer un effet opposé de l'aluminium sur la cinétique de ces deux minéraux et l'accélération de la réaction en conditions alcalins. Autres expériences ont été réalisée à Pamb et 80 °C en flacons de verre. Elles ont conduit, pour la première fois, à la formation de serpentine ainsi qu'à la formation d'H2 et de CH4. Ces résultats montrent qu'une chimie plus complexe du fluide hydrothermal peut avoir un impact majeur sur la cinétique de la serpentinisation pour l'accélérer et la rendre plus accessible à une échelle de temps industrielle
Peridotites, Earth's mantle rocks, are unstable in the presence of water and can be transformed into a hydrated mineral, serpentine, which has the remarkable ability to generate hydrogen H2; this reaction is called serpentinization. At the mid-ocean ridges, the circulation of water in these rocks leads to the formation of large hydrothermal systems. They show great variability of temperature and fluids’pH conditions, although they all lead to the abiotic formation of H2, methane CH4 and eventually other light hydrocarbons. This PhD thesis is dedicated to the study of the chemical composition role of the hydrothermal fluid on the kinetics and mechanisms of serpentinization of ultramafic rocks to different conditions of P-T. The interaction between olivine and/or orthopyroxene was analyzed with an aqueous solution to simulate sea water which is rich in aluminum and/or bicarbonate ions, with different pH values. A first series of experiments was carried out at 200, 340 °C and 200 MPa in lp-DAC at the ESRF in France. It was used to quantify the kinetic parameters of the reaction, to determine an opposite effect of aluminum on the kinetics these two minerals and the acceleration of the reaction under alkaline conditions. Other experiments were performed in glass bottles at Pamb and 80 °C. They led, for the first time, to the formation of serpentine, as well as to the formation of H2 and CH4. These results show that the slightly more complex chemistry of the hydrothermal fluid can have a major impact on the kinetics of serpentinization to speed and make it more accessible to industrial time scale

La circulation hydrothermale océanique est un élément clé dans le transfert de chaleur et de matière des profondeurs de la Terre vers sa surface. Certains sites hydrothermaux produisent de grandes quantités d'hydrogène et de méthane. C'est le cas du site de Rainbow (36°N), situé sur la dorsale médio-atlantique, auquel on s'intéresse ici. Les fortes concentrations d'hydrogène ([H2]=16 mM kg-1) et de méthane ([CH4]=2,5 mM kg-1) des fluides chauds (~365°C) émis par ce site ont été interprétées comme étant issues de l'hydratation des péridotites du diapir mantellique qui constitue son socle géologique du site, mais l'altération d'assemblages gabbroïques pourrait également être à l'origine de sa production d'hydrogène. Ces processus géochimiques dépendent fortement des caractéristiques de l'écoulement des fluides au sein de la matrice poreuse et fracturée du site. Cette étude a donc consisté au développement et à l'application de modèle numériques, thermo-hydrogéologique et géochimique et de leur chaînage, dans le but de caractériser la circulation hydrothermale, la production d'hydrogène et son transport au sein du site de Rainbow. Plusieurs résultats découlent de ces modélisations : la circulation hydrothermale est tridimensionnelle, de faible extension horizontale (Ø~2-8km), doit très probablement être canalisée par un chemin préférentiel de forte perméabilité, et peut être stable sur plusieurs milliers d'années. Nous avons pu montrer que l'hydrogène est produit par serpentinisation en amont de la zone de décharge et estimer les coefficients cinétiques in situ, la quantité d'hydrogène produite et montrer la possibilité d'une production d'une durée supérieure à 25 000 ans.

Nous avons étudié l’écologie microbienne d’un site hydrothermal alcalin sous-marin peu profond (0-50 m) localisé dans la baie de Prony (PHF) dans le sud de Nouvelle-Calédonie (Pacifique Sud-Ouest) comparable par son fonctionnement au site hydrothermal alcalin profond (800m) de Lost City (LCHF) (Dorsale médio-atlantique). PHF au même titre que LCHF est un système hydrothermal ultramafique associé à des réactions de serpentinisation des roches du manteau terrestre, libérant des fluides anoxiques très alcalins (jusqu'à pH 11) riche en calcium, en hydrogène et en méthane dissous. Le site hydrothermal de Prony (PHF) est caractérisé par de grandes cheminées de carbonate émettant des fluides dont la température n’excède pas 40°C. Les approches moléculaires ont démontré une prédominance des bactéries (Firmicutes, Deltaproteobacteria …) sur les archées (Methanosarcinales). En ce qui concerne les mises en culture, elles sont restées vaines pour la plupart des grands groupes trophiques recherchés (bactéries sulfato-réductrices, archées méthanogènes) excepté pour les fermentaires relevant du phylum des Firmicutes. Deux nouvelles bactéries appartenant à ce phylum ont été isolées. Il s’agit (i) de Vallitalea pronyensis vraisemblablement associée aux cheminées hydrothermales et (ii) d’Alkaliphilus hydrothermalis qui serait plutôt indigène aux fluides alcalins émis par les cheminées si l’on en juge par ses conditions physico-chimiques optimales de croissance en adéquation avec celles des fluides. Ces deux microorganismes représentent les premiers anaérobies stricts isolés de systèmes hydrothermaux alcalins serpentinisés à ce jour
We studied the microbial ecology of an alkaline hydrothermal submarine shallow field (0-50 m) located in Prony Bay (PHF) in the south of New Caledonia (SW Pacific) similar to the deep alkaline hydrothermal site (800m) of Lost City (LCHF) (Mid-Atlantic Ridge). Similarly to LCHF, PHF is an ultramafic hydrothermal system functioning on the basis of serpentinization reactions of the mantle rocks, releasing anoxic, highly alkaline fluids (to pH 11) rich in calcium, and in dissolved hydrogen and methane. The Prony hydrothermal field (PHF) is characterized by large carbonate chimneys emitting fluids with temperatures not exceeding 40 °C. Molecular approaches revealed a prevalence of Bacteria (Firmicutes, Deltaproteobacteria…) over Archaea (Methanosarcinales). Regarding microbial cultures, they were unsuccessful for most major trophic groups (sulfate-reducing bacteria, methanogens) with the exception of fermentative representatives of the phylum Firmicutes. Two novel bacteria belonging to this phylum were isolated. They include (i) Vallitalea pronyensis which is likely associated with hydrothermal vents and (ii) Alkaliphilus hydrothermalis which should be indigenous to alkaline fluids emitted from chimneys since its growth optimal physicochemical conditions match those of fluids. These two bacteria represent the first anaerobic microorganisms isolated from alkaline hydrothermal serpentinized systems so far

La serpentinisation est un processus d’altération des roches ultramafiques entrainant la formation de fluides alcalins chauds, riches en dihydrogène et méthane. Elle fournit l'énergie et la matière pour soutenir des communautés microbiennes chimiosynthétiques mais crée des conditions extrêmes en termes de pH et de disponibilité limitée en accepteurs d’électrons. Ce travail porte sur l’étude des communautés procaryotiques du système hydrothermal serpentinisé côtier de la baie de Prony en Nouvelle-Calédonie. Il a permis de déterminer leur composition taxonomique, leur structure et leur diversité. Le « noyau stable » des communautés indigènes déterminé par des techniques moléculaires (DGGE, SSCP, séquençage de banques de clones) se compose de Methanosarcinales, Thaumarchaeota, Chloroflexi, Alpha-, Gamma-, Delta, Beta-proteobacteria et Firmicutes. Ces communautés sont alimentées par des réactions d’oxydoréduction impliquant l’hydrogène, le méthane et les composés soufrés. Elles sont caractérisées par une faible diversité archéenne composée principalement de Methanosarcinales utilisant ou produisant le méthane. Le séquençage haut-débit de l’ADNr 16S bactérien et archéen a permis de mettre en évidence la présence de très nombreux taxons rares, certains jouant potentiellement un rôle dans les cycles biogéochimiques de Prony. Une nouvelle espèce de bactérie fermentaire, Acetoanaerobium pronyense ST07-YE, appartenant aux Firmicutes a été isolée et caractérisée par une approche culturale. Cette bactérie pourrait jouer un rôle important dans le maintien de certaines populations microbiennes, comme les méthanogènes, dans l’écosystème par la production de composés comme l’acétate
Serpentinization is an alteration process of ultramafic rocks resulting in hydrogen- and methane-rich alkaline hot fluids formation. Serpentinization can provide energy and matter to support chemosynthetic microbial communities but also creates extreme living conditions in terms of pH and limited availability of electron acceptors. This work consisted in the study of the microbial communities of the coastal serpentinized hydrothermal system of the Bay of Prony in New Caledonia. It allowed to determine the taxonomic composition, diversity and structure of prokaryotic communities. The "stable core" of indigenous communities identified by molecular methods (DGGE, SSCP, Sanger sequencing of clone libraries) consisted of Methanosarcinales, Thaumarchaeota, Chloroflexi, Alpha-, Gamma-, Delta, Beta-proteobacteria and Firmicutes. These communities are fueled by redox reactions involving hydrogen, methane and sulfur compounds. The low archaeal diversity is mainly composed of Methanosarcinales who are potential primary producers using or producing methane. High throughput sequencing of the bacterial and archaeal 16S rDNA highlighted numerous rare taxa. Some potentially play a role in the biogeochemical cycles of Prony. The fermentative Acetoanaerobium pronyense ST07-YE sp. nov., belonging to Firmicutes, was isolated and characterized by cultivation approach. This bacterium capable of acetate and other substrates production may play an important role in this ecosystem, especially in the maintenance methanogens

Les systèmes hydrothermaux associés à la serpentinisation sont anoxiques et riches en $H_2$, $CH_4$ et molécules organiques. Ces composants alimentent des micro-organismes qui colonisent les systèmes serpentinisés, et ce en dépit d’un pH élevé et de faibles concentrations en accepteurs d'électrons et en carbone dissous. Dans ce travail, les communautés microbiennes ont été étudiées en se focalisant sur Prony, un écosystème serpentinisé côtier de Nouvelle-Calédonie, puis, en comparant différents écosystèmes serpentinisés, pour faire émerger des similarités taxonomiques et fonctionnelles. À Prony, nos analyses de métabarcoding ont mis en évidence l'importance d’une biosphère rare. L'analyse de métagénomes a permis de reconstruire 82 génomes procaryotes. Un de ces génomes est phylogénétiquement proche des espèces du genre Serpentinomonas, bactéries chimiolithotrophes isolées du site serpentinisé The Cedars, qui détiennent le record d’alcalophilie. Ces espèces et d'autres phylotypes, tels que les taxons affiliés aux Lost City Methanosarcinales, ont été trouvés dans plusieurs sites serpentinisés et pourraient contribuer à la définition d'une signature biologique des phénomènes de serpentinisation. En ciblant spécifiquement les métabolismes enrichis dans les milieux serpentinisés, nous avons pu mettre en évidence l'importance du métabolisme de l'hydrogène, des mécanismes cellulaires de réponse aux stress et d’une voie de dégradation des phosphonates, reposant sur l’activité d'une C-P lyase. Cette voie métabolique, qui a un rôle clé dans l'assimilation du phosphore et la libération de molécules organiques, vient enrichir les modèles écologiques des systèmes serpentinisés
Serpentinizing hydrothermal systems are anoxic and enriched in $H_2$, $CH_4$ and organic molecules. These compounds support microbes that colonize serpentinizing systems, despite high pH and low concentrations of electron acceptors and dissolved inorganic carbon. In this work, two axes were explored to study the microbial communities. On the one hand, we focused on Prony, a coastal serpentinizing site in New Caledonia, and on the other hand we compared different serpentinizing systems to reveal taxonomic and functional similarities. At Prony, our metabarcoding analyses highlighted the importance of the rare biosphere. Moreover, 82 prokaryotic genomes were successfully reconstructed using five metagenomes from Prony. One of these genomes was phylogenetically close to the species of the genus Serpentinomonas, chemolithotrophic bacteria isolated at the serpentinizing site The Cedars that are capable of growth up to pH 12.5. These species, and other phylotypes, such as taxa affiliated with Lost City Methanosarcinales were identified in several serpentinizing sites and could contribute to the definition of a biological signature associated with serpentinization. By specifically targeting enriched metabolisms in serpentinizing environments, we highlighted key functions associated with hydrogen metabolism and environmental stress response mechanisms. The comparison of serpentinizing metagenomes revealed the importance of a phosphonate degradative pathway, based on the activity of a C-P lyase. This metabolic pathway, which plays a key role in the uptake of phosphorus and the release of organic molecules, was integrated into the ecological models of serpentinizing systems