Les microbialithes des systèmes récifaux actuels de Tikehau, Moorea (Polynésie Française) 

S. Sprachta

Les microbialithes sont des structures organo-sédimentaires qui résultent du développement de micro-organismes (procaryotes ou eucaryotes), d’accumulation de particules détritiques piégées et de minéraux précipités (Burne & Moore, 1987). On connaît plus particulièrement les formes laminées, les stromatolithes (du grec : stroma, tapis et lithos, pierre).

Depuis plus de 3 milliards d’années les microbialithes ont accompagné l’Histoire de la Terre avec une importance variable. On supposait les microbialithes exclues du milieu marin depuis le Mésozoïque. La découverte récente de leur présence durant certaines périodes du Quaternaire, caractérisées par des variations environnementales et climatiques, conduit à s’interroger sur leur rôle dans les milieux actuels (Camoin & Montaggioni, 1994).

Depuis une vingtaine d’années la prolifération de microbialithes dans les environnements récifaux actuels, soumis ou non aux activités de l'homme, a été mise en évidence dans de nombreuses régions (Bahamas, Grande Barrière d’Australie, Antilles…). Ce développement coïncide généralement avec un dépérissement des communautés algo-coralliennes.

Des microbialithes se développent ainsi dans l'ensemble du lagon, pinacles et fonds adjacents de l’atoll soulevé, partiellement ouvert de Tikehau (archipel des Tuamotu, Polynésie Française) en l'absence d'effet anthropique significatif (Sprachta et al. 1999, 2001) et dans les lagon d’îles hautes de Moorea (archipel de la Société) et de Mayotte (archipel de Comores, Océan Indien) (Sprachta, 2003).

L’étude de ces microbialithes lagonaires actuelles a été réalisée dans le cadre des programmes nationaux : Programme National Récif Coralliens (PNRCO) et Programme National Environnement Côtier (PNEC) en collaboration avec le CEREGE (Centre Européen de Recherche en Géosciences de l’Environnement), le COM (Centre d’Océanologie de Marseille), le Biological Science Center de l'Université de Boston (USA), l'Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême (Allemagne) et le Département de Microbiologie de l'Université d'Arizona (USA). Les objectifs principaux consistent à déterminer la nature et la composition en micro-organismes impliqués dans la formation des microbialithes et évaluer l'importance du phénomène 'microbialithe' dans les cycles biogéochimiques des systèmes récifaux récents.

 A-Nature et distribution des microbialithes lagonaires

Les microbialithes lagonaires dont quatre types morphologiques ont été observés, sont majoritairement composées de populations mono spécifiques de cyanobactéries filamenteuses (Abed et al., 2003)]:  

1- des dômes hémisphériques de taille décimétrique formés par Phormidium cf. crosbyanum (Tilden) , P. sp. TK1, P. hendersonii (Howe), Schizothrix sp TK. dôme à Phormidium crosbyanum
2- des masses gélatineuses produites par Phormidium laysanense (Lemmerman)
3- des tapis, pouvant atteindre 1m2 de surface, composés de Hydrocoleum chantharidosmum (Gomont), Hydrocoleum coccineum (Gomont), Phormidium  sp. ou de Schizothrix sp. Tapis d'Hydrocoleum coccineum
4- des mèches gazonnantes produites par la cyanobactérie Symploca hydnoïdes (Gomont)

Les microbialithes lagonaires sont capables de coloniser des sites aux caractéristiques écologiques très différentes, qu’il s’agisse de Tikehau, atoll semi fermé ne subissant aucune pression anthropique, ou de lagons d’îles hautes largement ouverts sur l’océan soumis localement à une pression anthropique (Moorea), ou encore dans des environnements lagonaires soumis à une pression humaine forte (Mayotte) (Sprachta, 2003).

Les facteurs déterminants dans le développement des microbialithes lagonaires sont: la lumière, les apports en nutriments, l’hydrodynamisme et les apports sédimentaires dont la modification a pour conséquence une variabilité de densité et de diversité le long des pentes des pinacles et des motus. Les différents besoins métaboliques des cyanobactéries formant ces microbialithes conditionnent leur implantation et leur développement à une profondeur donnée et sur un substrat particulier. En effet, les cyanobactéries filamenteuses à l’origine des microbialithes lagonaires possèdent une grande tolérance aux modifications de milieu et s’adaptent à leur environnement grâce à différentes particularités physiologiques. Elles se développent ainsi à des profondeurs comprises entre la surface et 25 m de fond, sur tous les types de substrat (vase, sable, graviers, colonies coralliennes) et dans des conditions de luminosité extrêmes (Sprachta et al., 2001 ; Fig.).  

Zonation des microbialithes lagonaires sur les pentes d’un pinacle de Tikehau (Sprachta et al., 2001).

Leur prolifération est manifestement favorisée, depuis quinze à vingt ans, par un ensemble de facteurs, d’origine naturelle ou humaine, néfastes aux communautés algo-coralliennes. La disparition progressive des colonies coralliennes face aux modifications des paramètres physico-chimiques de l’environnement, laisse alors le champ libre à des communautés de remplacement dont font partie les microbialithes. 

B-Processus de lithification des microbialithes lagonaires

En premier lieu, la rigidification des microbialithes s’effectue grâce au piégeage et au ficelage de particules en suspension. Ces particules majoritairement d’origine bioclastique, sont issues du démantèlement de squelettes coralliens et d’algues calcaires, de foraminifères et de coccolithes.
Microphotographie de grain piégés entre les filaments cyanobactériens	Coccolithe collé à la surface d’une gaine de cyanobactérie

La lithification partielle des microbialithes est le résultat de réactions biochimiques entraînant la précipitation de calcite magnésienne principalement dans la partie interne des dômes où la dégradation des gaines des cyanobactéries produit, sous la surface vivante, un réseau de fibrilles organiques très fines (Fig.), (Sprachta et al., 2001).

Carbonates précipités à la surface d’une gaine de cyanobactérie en cours de dégradation

L’analyse de la composition de la matière organique contenue dans les microbialithes a permis de mettre en évidence la sélection de certains composés  vers les matrices organiques intraminérales. Ces macromolécules acides, dont certaines sont riches en acides aspartique et glutamique, sont responsables de la chélation du calcium. Des fonctions aussi antagonistes que la nucléation de cristaux ou l'inhibition de la croissance des cristaux ont été attribuées à ces matrices organiques. Les particularités de charges électriques de ces macromolécules de type polypeptides et polysaccharides, sont connues pour être impliquées dans les phénomènes de bio-minéralisation. Leur structure en feuillet b permet d’initier la nucléation de micro agrégats de calcite magnésienne à leur surface (Weiner & Addadi, 1991)

La croissance de ces cristallites se poursuit ensuite dans ce milieu alcalin saturé en carbonates pour former des manchons autour des gaines dégradées (Fig.). Les carbonates d’allure cristalline n’apparaissent que plus tardivement. Dans le cas des microbialithes les plus indurées, la précipitation de couches concentriques de calcite autour de ces nucléii conduit à la formation de cristaux rhomboédriques de calcite (Fig.) (Sprachta, 2003)

Carbonates précipités formant un manchon autour d’une gaine de cyanobactérie

Rhomboèdre de calcite emprisonnant plusieurs gaines dégradées nnn

Références bibliographiques

Abed R., Golubic S., Garcia-Pichel F., Camoin G., Sprachta S. (sous presse) Characterization of microbialithe-forming cyanobacteria in a tropical lagoon: Tikehau atoll, Tuamotu, French Polynesia. Journal of Phycology

Burne R. V., Moore L. S. (1987) Microbialites : Organosedimentary deposits of benthic microbial communities. Palaios, v. 2, p. 241-254

Camoin G. F., Montaggioni L. F. (1994). High energy coralgal-stromatolite frameworks from Holocene reefs (Tahiti, French Polynesia). Sedimentology 41, 655-676

Sprachta S., Camoin G., Gautret P., Le Campion T., Golubic S. (1999) Preliminary biosedimentological and biochemical results on modern microbialites from a lagoonal environment (Tikehau atoll, French Polynesia). IAS-ISRS-SEPM Intern. Symp. " Paleoceanology of Reefs and carbonate platforms: Miocene to modern ", Aix-en-Provence, Abstracts with program. Publ. Sp. A.S.F., 32, 199-200.

Sprachta S., Camoin G., Golubic S., Le Campion T. (2001) Microbialites in a modern lagoonal environment : nature and distribution (Tikehau atoll, French Polynesia). Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol. 175, 103-124

Sprachta S. (2003) Les microbialithes des systèmes récifaux actuels de Tikehau, Moorea (Polynésie Française) et de Mayotte (Comores, Océan Indien), nature, distribution et processus de lithification.  Thèse de doctorat, 220 p + annexes.

Weiner, S., Addadi, L., (1991) Acidic macromolecules of mineralized tissues : controllers of crystal formation. Trends in Biochemical Sciences v.16, p. 252-256.