En quelques mots
CLIM-EAT — CLIMate impacts on peatland microbial trophic nETworks.
Les tourbières sont un réservoir de carbone vital, stockant près de 30 % du carbone mondial. Cependant, le réchauffement climatique est susceptible de réactiver l’activité microbienne, menaçant de transformer ces puits en sources massives de gaz à effet de serre (CO₂, CH₄). Comment et pourquoi l’organisation microbienne du sol provoque ce basculement catastrophique ? En étudiant le rôle central des réseaux trophiques microbiens avec une approche multi-échelles, grâce à des outils de pointe (génomique, métabolomique) et à l’intelligence artificielle (pour la modélisation), je vais reconstruire ces réseaux complexes pour comprendre de façon expérimentale comment le réchauffement et la sécheresse altèrent leur structure (perte de connexions, de redondance). Cela me permettra de quantifier le lien entre l’altération des réseaux microbiens et l’augmentation des émissions de CO₂/CH₄. J’évaluerai également l’impact de ces changements sur la sphaigne, l’ingénieur du milieu. Ces découvertes seront essentielles : elles vont identifier les mécanismes clés de la stabilité du carbone et améliorer de manière significative l’intégration des tourbières dans les modèles climatiques globaux. Cette thèse fournira les bases pour mieux prédire et peut-être même gérer la résilience des tourbières face au changement climatique.
Impacts sociétaux
- Meilleure connaissance d’un milieu, d’un processus…
- Méthodologie de restauration
- Technologie innovante
Porteur du projet
Structure
Centre de Recherche sur la Biodiversité et l’Environnement (CRBE)
Centre de Recherche sur la Biodiversité et l’Environnement UMR 5300 CNRS-UT-IRD-INP Université de Toulouse Bât. 4R1, 118 route de Narbonne, 31062 Toulouse cedex 9 FRANCE
Axes de recherche
Les recherches du CRBE combinent les concepts de l’écologie, de la biologie évolutive, des sciences de l’environnement, et portent sur 4 objectifs principaux : 1/Documenter la diversité de la vie sur terre et les conditions environnementales dans lesquelles le vivant se structure et se maintient ; 2/Comprendre les mécanismes par lesquels les perturbations affectent le vivant, les cycles biogéochimiques, et les relations biodiversité-fonctions au sein des écosystèmes ; 3/Identifier les rôles des interactions biologiques et des processus évolutifs sur la capacité des espèces à s’adapter aux changements environnementaux ; 4/Proposer des outils en matière de gestion environnementale qui intègrent écologie, changements environnementaux, et interactions homme-environnement.
Équipe
Tutorat
Vincent Jassey, CRCN CNRS
Parcours et expertise
Vincent Jassey, chercheur au CNRS au sein du laboratoire CRBE (Toulouse), est un expert reconnu en écologie des tourbières et en écologie microbienne. Son travail se concentre sur un enjeu majeur : comprendre comment les micro-organismes influencent le bilan carbone terrestre dans un contexte de changement climatique. Il explore et quantifie les mécanismes microbiens qui déterminent la résistance et la résilience des tourbières — deux propriétés essentielles pour savoir si ces écosystèmes agiront comme des puits ou des sources de carbone à l’avenir. À l’intersection de la microbiologie moléculaire, de l’écologie des écosystèmes et des cycles biogéochimiques, Vincent Jassey étudie comment la diversité microbienne, le métabolisme et les réseaux de communautés microbiens modulent les flux de carbone. Son approche, alliant observations in situ, expérimentations en laboratoire et modélisation, vise à éclairer la conservation de la biodiversité microbienne et la gestion durable des milieux sensibles face aux perturbations environnementales. Une découverte phare de ses recherches a révélé le rôle fondamental, mais longtemps sous-estimé, de la photosynthèse microbienne dans le cycle du carbone des tourbières. Ses travaux ont démontré que les micro-organismes fixateurs de CO₂ sont bien plus diversifiés et abondants qu’on ne le pensait, contribuant de manière significative à la production primaire de ces écosystèmes. Cette avancée a redéfini notre compréhension de l’absorption du carbone par les tourbières et a remis en cause l’idée selon laquelle la photosynthèse serait presque exclusivement l’apanage des plantes. Plus encore, Vincent Jassey a montré que la photosynthèse microbienne peut compenser une partie des pertes de carbone induites par le réchauffement climatique, offrant ainsi la première preuve quantitative que les micro-organismes fixateurs de CO₂ atténuent les émissions issues de la respiration hétérotrophe. Ces résultats confirment le rôle clé des micro-organismes dans la régulation du bilan carbone et la résilience des tourbières. Vincent Jassey poursuit aujourd’hui ses recherches en explorant d’autres mécanismes microbiens susceptibles d’influencer la dynamique du carbone dans ces milieux. Leader scientifique, il pilote plusieurs projets nationaux et internationaux interdisciplinaires, intégrant écologie microbienne, télédétection, métabolomique et modélisation des écosystèmes. Ces initiatives contribuent à l’élaboration de cadres prédictifs intégrant les processus microbiens aux boucles de rétroaction carbone-climat. Il a constitué et coordonné des équipes pluridisciplinaires, réunissant microbiologistes, écologues, chimistes, spécialistes des données et modélisateurs. À ce jour, Vincent Jassey a publié plus de 100 articles dans des revues internationales de rang A, et ses travaux ont été relayés par des médias locaux (La Dépêche) et nationaux (TF1, France 2, France Info). Il a encadré 3 thèses et 2 post-doctorants, et supervise actuellement 2 thèses et 2 post-doctorantes. Ses recherches ont redéfini le rôle des microbes, désormais perçus comme des acteurs actifs façonnant les boucles de rétroaction carbone-climat de la Terre, et non plus comme de simples acteurs passifs. Cette vision innovante sous-tend son leadership dans l’étude des tourbières et de leurs rétroactions potentielles face au changement climatique.
Candidat·e
Ilan Minerva
Parcours
Titulaire d’un Master Biodiversité, Écologie et Évolution, parcours Écosystèmes et Anthropisation (2024), ainsi que d’une Licence Biologie des Organismes, des Populations et des Écosystèmes (2022), obtenus à l’Université de Toulouse, mes intérêts scientifiques portent sur la compréhension des impacts des pressions anthropiques, telles que le changement climatique et les pollutions, sur la biodiversité végétale et microbienne, à différentes échelles d’organisation allant de l’espèce à l’écosystème. Mon parcours s’est construit autour d’une approche résolument interdisciplinaire, mobilisant entre autre l’écologie fonctionnelle, la biologie moléculaire, l’éco-physiologie, m’ayant permis de développer des compétences sur le terrain, en laboratoire ainsi qu’en analyse de données. En 2021, j’ai réalisé mon premier stage de recherche au CRBE, sous la direction de Patricia Jargeat, consacré à la caractérisation des communautés ectomycorhiziennes dans un projet de restauration écologique urbaine. En 2022, j’ai effectué un stage volontaire à la SETE avec Grégoire Freschet, dans le cadre de la thèse de Markus Bittlingmaier, portant sur l’influence des champignons endomycorhiziens sur le fonctionnement et la productivité des écosystèmes prairiaux via une expérimentation en mésocosmes. En 2023, mon stage de M1, réalisé au GET avec Astrid Avellan et au CRBE avec Camille Larue, portait sur la phytoaccumulation de l’arsenic chez le chêne vert sur un ancien site minier. Ce projet interdisciplinaire m’a permis de développer mes compétences en pédologie et en éco-physiologie végétale. Deux publications, dont je suis deuxième auteur, découlent de cette expérience : un article publié dans NanoImpact (Wagner et al., 2025) et un manuscrit en préparation destiné à Chemosphere (Wagner et al., 2026). En 2024, lors de mon stage de M2 supervisé par Emmanuelle Porcher au CESCO Gabrielle Martin au CRBE, je me suis intéressé à la capacité de la flore commune européenne à suivre les changements climatiques au cours du XXe siècle. Pour cela, j’ai analysé des données climatiques (indice spécifique de température) ainsi que de grands jeux de données de biodiversité (GBIF) et de traits d’histoire de vie des plantes (TRY). Ce travail a donné lieu à une communication orale en anglais lors du congrès national de la SFE² à Lyon en 2024. En 2025, après l’obtention de mon diplôme, j’ai travaillé comme assistant ingénieur CNRS au CRBE, dans un projet en ADN environnemental supervisé par Jérôme Chave. L’objectif était d’améliorer les protocoles de gestion et d’analyse des échantillons de litière collectés à la station des Nouragues en Guyane française. Cette expérience m’a permis de renforcer mes compétences pratiques et théoriques en eDNA. Une publication collaborative au sein de l’équipe (Lamour et al., 2026) est en cours de préparation et sera bientôt soumise à New-Phytologist Parallèlement à cette dernière expérience, j’ai co-construit avec Vincent Jassey et Lucie Zinger le projet doctoral présenté dans ce dossier. Ce projet a été sélectionné et retenu dans le cadre du concours “Position Grant” du Laboratoire d’Excellence TULIP, bénéficiant d’un co-financement à 50 % à la suite d’une évaluation par un comité d’experts internationaux.
Présentation du projet
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# écophysiologie
# cycle du carbone
Descriptif
Les tourbières, bien qu’elles ne couvrent que 3 % de la surface terrestre, stockent près de 30 % du carbone mondial (500–1 000 GtC) et jouent un rôle majeur dans la régulation du climat. Le changement climatique pourrait cependant les transformer en sources de carbone. L’augmentation des températures et la répétition des épisodes de sécheresse sont susceptibles de stimuler l’activité microbienne, ce qui entraînerait une hausse des émissions de gaz à effet de serre (CO₂, CH₄, N₂O). Comprendre la réponse des communautés microbiennes est donc essentiel. Des travaux récents montrent que le changement climatique modifie la diversité et l’abondance des communautés microbiennes, affectant la structure des réseaux trophiques et, par conséquent, les fonctions clés telles que la décomposition de la matière organique. Ces réseaux interagissent également étroitement avec les sphaignes, espèces ingénieures essentielles, mais leurs mécanismes d’interaction restent encore mal compris.
Or, la reconstruction des réseaux trophiques microbiens demeure un verrou majeur : les interactions alimentaires sont difficiles à observer directement et les méthodes classiques sont limitées ou inapplicables à grande échelle. De plus, l’agrégation des microbes en larges groupes fonctionnels peut générer des erreurs. L’essor récent de l’ADN environnemental, qui permet d’accéder de manière fine et non invasive à la diversité microbienne, a toutefois contribué à ouvrir de nouvelles perspectives pour l’étude des interactions microbiennes. Combinées à des approches fondées sur les traits fonctionnels, la taxonomie et le machine learning, ces avancées offrent désormais une solution innovante pour modéliser la structure des réseaux microbiens, ouvrant la voie à une compréhension fine de leur rôle dans la dynamique du carbone des tourbières.
Cette thèse vise à quantifier l’impact du réchauffement, de la réduction d’enneigement et de la sécheresse sur les réseaux trophiques microbiens et sur les processus biogéochimiques associés (décomposition, émissions de gaz, activités enzymatiques), ainsi que sur la tolérance des sphaignes. Le projet mobilisera une approche multi-échelle combinant expérimentations in situ, analyses contrôlées et outils de modélisation innovants. Trois axes structureront la thèse : (i) caractériser l’effet du climat sur la structure des réseaux microbiens ; (ii) relier réseaux, fonctions microbienne et biogéochimie du carbone ; (iii) déterminer l’influence des réseaux microbiens sur la tolérance des sphaignes au changement climatique. Cette approche permettra d’identifier les mécanismes contrôlant le stockage de carbone des tourbières afin d’améliorer leur représentation dans les modèles climatiques.
Jeux de données prévus, étude de terrain prévue
La totalité des jeux de données nécessaires pour les axes 1 et 2 de cette thèse est déjà acquise. Ces données proviennent des projets ANR PEATWARM, ANR MIXOPEAT, SWISS/POLISH INNITIATIVE CLIMPEAT PROJECT et WSL SNOWMAN, mis en place depuis plusieurs années à travers l’Europe. Chaque projet correspond à une expérience différente simulant des changements climatiques in situ (réchauffement, sécheresse, perte d’enneigement, etc.). Les données disponibles comprennent : La composition taxonomique des communautés microbiennes (bactéries, champignons, protistes, rotifères, nématodes) obtenue par microscopie et/ou métabarcoding. Les fonctions microbiennes telles que la photosynthèse, la respiration, la décomposition de la matière organique, ainsi que l’activité des trois principales enzymes impliquées dans le cycle des nutriments (carbone, azote, phosphore). Des variables écosystémiques (productivité primaire, respiration globale) et climatiques (température de l’air et du sol, précipitations). Ces jeux de données permettront d’identifier l’effet des changements climatiques sur la structure (axe 1) et les fonctions microbiennes (axe 2) des réseaux trophiques microbiens, ainsi que leurs conséquences sur le cycle biogéochimique du carbone. Pour l’axe 3, une seule expérience sera mise en place : des microcosmes de tourbières seront utilisés pour étudier l’impact du réseau trophique microbien acclimaté ou non aux changements climatiques (transplantation réciproque – projet MIXOPEAT) par inoculation sur des sphaignes stériles. Cette approche permettra d’évaluer l’effet du microbiote sur des traits d’histoire de vie des sphaignes et des traits fonctionnels de l’écosystème, en se basant sur les résultats obtenus dans les axes 1 et 2. La méthode pour obtenir des sphaignes stériles est déjà connue par l’équipe, et l’ensemble des expérimentations se déroulera sur la plateforme phytotron du CRBE prévue à cet effet. Aucune étude de terrain supplémentaire n’est prévue.
Programme de recherche
Ce projet de thèse s’inscrit dans la continuité des projets ANR PEATWARM et MIXOPEAT, qui explorent la vulnérabilité des tourbières face au changement climatique. PEATWARM a évalué l’impact du réchauffement in situ sur la végétation, les flux de carbone et la diversité microbienne, tandis que MIXOPEAT a mis en lumière le rôle des protistes mixotrophes dans la modulation du bilan carbone. MICE s’est concentré sur les échanges de CO₂ entre le microbiome des sols et l’atmosphère, pour comprendre comment les communautés microbiennes influencent le stockage et l’émission de carbone. Ces travaux montrent que la structure et la dynamique des communautés microbiennes sont des déterminants majeurs du fonctionnement des tourbières. Cependant, les mécanismes précis restent mal compris, limitant la fiabilité des modèles prédictifs de la dynamique du carbone. La thèse proposée poursuit cette logique en reconstruisant les réseaux trophiques microbiens, en analysant leur réponse aux perturbations climatiques (réchauffement, sécheresse, perte de couverture neigeuse) et en évaluant leurs effets sur les processus biogéochimiques et la tolérance des sphaignes. En combinant approches multi‑échelles, expérimentations in situ et en microcosmes, analyses microbiologiques et modélisation (trait matching, machine learning), le projet reliera les changements des communautés microbiennes à leurs impacts fonctionnels sur le stockage du carbone.
Ce projet s’inscrit dans le cadre scientifique solide et multidisciplinaire du LabEx TULIP, laboratoire d’excellence labellisé « Investissements d’Avenir », reconnu pour la rigueur de ses équipes et l’excellence de ses recherches allant du gène à l’écosystème. Après une sélection très compétitive et évaluée par des experts de TULIP, ce projet de thèse a été retenu et Ilan bénéficie déjà d’un financement à 50 %, garantissant un soutien scientifique et institutionnel de premier plan.