Offre de thèse financée – Pourquoi les plantes fabriquent de la roche ? Déterminants écologiques de l’accumulation de silice chez les plantes herbacées méditerranéennes

Le projet
Les végétaux présentent un ensemble de stratégies de croissance, de survie et de reproduction leur permettant d’optimiser leur valeur adaptative. Parmi ces stratégies, la biominéralisation fascine autant qu’intrigue les scientifiques (He et al., 2014; de Tombeur et al., 2023). Ce processus – qui regroupe l’ensemble des processus par lesquels les végétaux forment des structures minérales dans leurs tissus – est particulièrement répandu dans le cas des dépôts de silice (SiO2). Ces dépôts de silice amorphe dans les parois cellulaires, comparable à du sable, ont de multiples effets sur le fonctionnement physiologiques des plantes tout en affectant de nombreux cycles biogéochimiques. Parmi les fonctions attribuées à la silicification, l’atténuation de nombreux stress biotiques (p. ex. herbivorie) et abiotiques (p. ex. stress hydrique) sont souvent rapportés (Cooke & Leishman, 2016; de Tombeur et al., 2023; Johnson et al., 2024).
Depuis les 20 dernières années, une recherche active sur le silicium (Si) en physiologie végétale a permis de mieux comprendre la variation de la silicification chez les végétaux, ainsi que les éventuelles fonctions associées à ce processus (Coskun et al., 2019; Quigley et al., 2020; de Tombeur et al., 2023; Pang et al., 2025). Pourtant, de nombreuses questions demeurent. On assiste notamment à une augmentation du nombre d’hypothèses sur les facteurs écologiques qui affectent les teneurs en Si, au niveau inter- comme intraspécifique, (herbivorie, stress hydrique, température, etc.), sans compréhension générale (de Tombeur et al., 2023).
L’objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre les déterminants écologiques de l’accumulation de silice chez les plantes herbacées. Afin de répondre à cette problématique générale, la thèse sera structurée selon deux grands axes principaux.
1- Déterminer en quoi la perturbation et le niveau de ressources affectent la silicification chez les espèces herbacées de prairies méditerranéennes. Cet objectif principal sera rendu possible par l’étude d’un suivi long-terme situé sur le plateau calcaire du causse du Larzac : l’Unité Expérimentale de la Fage (INRAe). Sur ce site de suivi long-terme, des essais de fertilisation et de retrait de brebis (exclos) ont été mis en place en 1978, et actualisés en 2012. Ainsi, il est possible d’évaluer l’influence du niveau de ressources et de la présence de consommateurs primaires sur la structure des communautés et le fonctionnement de ces écosystèmes, et ce dans le temps. A ce jour, plus de 45 ans de données sur ce site ont été accumulés. Tester en quoi ces traitements ont affecté les teneurs en Si chez les végétaux, au niveau inter- comme intraspécifique, et les liens éventuels avec d’autres traits fonctionnels impliqués dans la croissance et dans la défense constituera l’une des premières étapes de cette thèse. Des mesures fines sur l’environnement locale seront envisagées (sol, microclimat, etc.).
2- Déterminer les coûts et les bénéfices de la silicification chez des espèces herbacées de prairies méditerranéennes. L’évaluation encore largement limitée des coûts et des bénéfices associés au silicium (Si) constitue l’un des principaux obstacles à la compréhension de sa variabilité et de son rôle chez les plantes (de Tombeur et al., 2023). Dans un second axe, nous tenterons d’affiner ces couts et bénéfices via une expérience multifactorielle en conditions contrôlées (fertilisation au Si, en NPK, présence/absence d’herbivores, etc.). Cette expérience sera menée par une approche comparative de différentes espèces méditerranéennes. Néanmoins, la caractérisation récente d’une forte variabilité intraspécifique de Si chez Brachypodium distachyon laisse entrevoir la possibilité d’utiliser cette espèce modèle pour tester certaines hypothèses, selon les motivations de la ou du futur.e doctorant.e. Le niveau intraspécifique permettrait d’aller plus loin sur les éventuels mécanismes éco-évolutifs liées à l’accumulation de Si.
3- Déterminer les mécanismes contrôlant la variabilité intraspécifique du silicium (Si) chez les végétaux. Le dernier volet évaluera si la silicification constitue un trait adaptatif à des environnements spécifiques (p. ex. stressants). Pour cela, nous testerons si des écotypes provenant d’environnement contrastés accumulent plus ou moins de Si sur le terrain et en conditions contrôlés. Le choix de l’espèce reste un point de discussion.
En plus d’analyses « classiques » de teneurs en Si dans les tissus végétaux, nous proposons, dans les différents volets, de s’appuyer sur des techniques d’imagerie microscopique avancées (microtopographie aux rayons X) pour analyser les variations d’allocation cellulaire de la silice en fonction des espèces/traitements/environnements d’origine, etc. En plus de ces objectifs, un travail de méta-analyse de la littérature pourra être discuté.
Dans l’ensemble, en combinant différents outils, concepts et échelles, cette thèse permettra de lever différents verrous à notre compréhension de l’accumulation de silice chez les végétaux. Le projet de thèse permettra au futur.e. étudiant.e de se familiariser avec différents outils, échelles et concepts propres à l’écologie fonctionnelle et à l’écophysiologie.
Mots-clés : biominéralisation ; compromis croissance-défense chez les végétaux ; biodiversité ; stratégies écologiques ; perturbations des milieux ; mécanismes éco-évolutifs
Profil recherché
Nous encourageons les candidatures de personnes titulaires d’un master ou diplôme d’ingénieur en sciences végétales, agronomie, écologie, sciences de l’environnement ou dans des disciplines connexes.
La personne candidate devra être à l’aise avec l’analyse de données sous R et intéressée par un travail à l’interface entre écologie fonctionnelle, les sciences de la biodiversité et la physiologie végétale. La thèse comporte un travail de terrain, notamment dans le cadre du premier axe, ainsi que du travail d’expérimentations en conditions contrôlées et de laboratoire. Selon les profils et les souhaits personnels, il serait également possible d’apporter une coloration biogéochimique à la thèse. De bonnes capacités d’organisation, une curiosité scientifique, ainsi qu’une aptitude à travailler de manière autonome tout en collaborant efficacement seront importantes. Une bonne maîtrise de l’anglais écrit et oral est requise.
Nous offrons
La personne retenue rejoindra l’unité de recherche Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE) à Montpellier, France. Elle sera inscrite l’Ecole doctorale Gaïa et sera employée par le CNRS pour une durée de 36 mois, à partir du 1er octobre 2026. Le CEFE offre un environnement de recherche stimulant ainsi qu’un accès aux infrastructures techniques nécessaires au projet.
La thèse sera encadrée par Félix de Tombeur, Sylvain Coq et Cyrille Violle au CEFE, où se déroulera l’essentiel du travail. Le projet de thèse est financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) dans le cadre du projet PhytoStone – Comprendre les mécanismes écologiques à l’origine de la variation en silicium chez les végétaux attribué à F. de Tombeur en tant que jeune chercheur. Le projet de thèse impliquera notamment des interactions fortes avec un.e chercheur.euse en postdoctorat et un.e technicien.ne de laboratoire, et avec un réseau international d’observations de sites de prairies (NutNet). De l’argent de fonctionnement est également inclus.
Pour candidater
Merci d’envoyer un CV, une lettre de motivation décrivant votre intérêt et vos expériences pertinentes pour le sujet, vos relevés de notes universitaires disponibles, ainsi que les coordonnées de deux référent·es pouvant fournir une lettre de recommandation, à Félix de Tombeur (felix.detombeur@cefe.cnrs.fr), Sylvain Coq (sylvain.coq@cefe.cnrs.fr) et Cyrille Violle (cyrille.violle@cefe.cnrs.fr).
Nous commencerons à examiner les candidatures mi-mai et laisserons le poste ouvert jusqu’à ce qu’il soit pourvu. Nous vous encourageons donc à postuler dès que possible. Avant de candidater, n’hésitez pas à nous contacter pour un échange informel afin d’en savoir plus sur le projet et sur d’autres aspects de la thèse.