Soutenance de thèse de Marie Thoby

Composition des isotopes stables du molybdène dans les carbonates du Précambrien : affinement du proxy et applications paléo- environnementales

 

Les conditions redox des océans ont considérablement évolué au cours du Précambrien. Ceci est principalement dû à l’arrivée de l’oxygène engendrant dans un premier temps des oasis d’oxygène puis un Grand Evènement d’Oxydation (GEO) vers 2.45 Ga. Néanmoins, les connaissances concernant la datation des premiers signes d’oxygénation et les mécanismes de leur enregistrement sédimentaire propres à cette période restent encore à approfondir.

Depuis plusieurs années, la composition isotopique en molybdène (Mo) dans les sédiments est utilisée comme proxy redox des océans globaux. En effet, sous des conditions oxygénées où précipitent des oxydes de fer (Fe) et de manganèses (Mn), l’eau de mer globale présente des enrichissements en isotopes lourds (2.36‰ actuellement), tandis que dans des conditions réduites, sa composition se rapproche de la valeur crustale de 0.20‰. Or, les black shales et les carbonates peuvent, sous certaines conditions, enregistrer la valeur isotopique de l’eau de mer.

Ce proxy redox a été exploité lors de cette thèse afin d’investiguer à la fois les conditions redox environnementales enregistrées par la composition isotopique du molybdène dans les sédiments mais également les processus d’enregistrement de ce signal dans les sédiments carbonatés.

Une approche par attaque séquentielle de roches carbonatées permet d’observer le partitionnement du molybdène entre les différentes phases composant les carbonates. Les résultats montrent que le Mo se loge dans les phases réduites que sont la matière organique mais également les carbonates authigènes.

Une étude sur des argiles et carbonates riches en Mn(II) dans les Formations Boolgeeda et Kazput (craton de Pilbara, Australie) permet d’étudier les mécanismes de mise en place d’enrichissements sédimentaires en Mn formés au cours du GEO. Les résultats mettent en évidence diversité des processus d’enrichissement. Couplés à d’autre proxy redox (anomalie du cérium et enrichissements en Mo et U) et comparés aux analogues modernes de sédiments riches en Mn issus du bassin réduit de Landsort (mer Baltique), les données argumentent pour une réduction des oxydes de Mn(IV) au sein de la colonne d’eau et à l’interface des sédiments. Ces observations invitent à la discussion concernant les enrichissements en Mn du Précambrien dont le processus de réduction des oxydes est automatiquement considéré comme intra-sédimentaire.

Finalement, une étude comparative des signaux isotopiques des carbonates et des black shales au cours des temps géologiques révèle que les carbonates présentent des valeurs maximales illustrant la présence d’un cycle oxydative du Mo marin antérieur à 2.6 Ga tandis que les sédiments réduits présentes seulement des valeurs crustales. Il est proposé ici que cette différence de composition isotopique résulte de l’absence de condition euxinique permettant l’enregistrement des valeurs de l’eau de mer par les black shales.

Mots clés : Molybdène, Isotopes, Carbonates, Précambrien, Paléo-environnement, Conditions redox

Directeurs de thèse : Jacques Deverchere (LGO) et Kurt Konhauser (University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada) Encadrant principal : Stefan Lalonde (LGO)