Quelle est la source de l’eau lors de la formation de la Terre il y a 4,56 milliards d’années ? Est-elle solaire, cométaire ou chondritique ? Quel est le rôle de l’hydrogène moléculaire (H2) dans les roches du manteau terrestre ? Cette dernière molécule semble être un indice de taille pour avancer sur ces grandes questions. En effet, des fragments de roches remontés par les éruptions volcanique d’origine profonde – au delà de 250 km – particulièrement puissante, nous permettent de mieux comprendre le cycle de l’eau sur Terre. Aujourd’hui, une équipe de chercheurs au Laboratoire Magmas et Volcans – LMV (UJM / CNRS / UCA / IRD) a découvert l’importance de l’Hydrogène moléculaire des minéraux dans le stockage de l’Hydrogène et l’interprétation de ses variations isotopiques dans le manteau terrestre. Ils publient un article sur le sujet dans la revue Nature communications.
Lame mince de roche (éclogite à disthène et corindon) en lumière polarisée
analysée au microscope optique
L’hydrogène moléculaire, une clé pour comprendre les variations isotopiques du manteau terrestre
Cette découverte est basée sur l’étude d’enclaves d’éclogites. Ces éclogites cratoniques sont des roches volcaniques sous-marines qui ont interagi avec l’eau des océans il y a plus de 2,5 milliards d’années puis qui ont été enfouies dans la terre profonde par un processus de subduction. Lors des éruptions kimberlitiques, qui sont des éruptions volcaniques puissantes, des fragments de ces roches ont été remontés à la surface de manière extrêmement rapide, en figeant leur composition chimique et minéralogique.
Dans cette publication menée par le LMV, les chercheurs ont mis en évidence pour la première fois dans des échantillons naturels la présence importante d’Hydrogène moléculaire (H2) dissous dans la structure cristalline des minéraux de la lithosphère, en travaillant à partir de mesures de spectroscopie Infra-rouge et d’analyse élémentaire. Par ailleurs, la présence de l’Hydrogène moléculaire a permis d’expliquer la variabilité des compositions isotopiques (rapport Deutérium/Hydrogène) dans les minéraux et les magmas issus du manteau.
Ces résultats témoignent du recyclage de la croûte océanique précoce dans le manteau et permettent de mieux comprendre le cycle de l’eau sur Terre, en particulier les échanges entre l’Hydrogène des eaux de surface et l’Hydrogène des roches profondes. Cette découverte de taille représente une évolution dans notre compréhension de l’origine de l’eau sur terre dont la source à sa formation il y a 4,56 MA reste encore à préciser.
Spectre infra-rouge en absorbance des omphacites (clinopyroxène) mettant en évidence
les différentes formes d’H présentes dans ces minéraux
L’observation des phénomènes naturels grâce à la coopération
Cette publication scientifique est le résultat d’un travail de recherche mené depuis plus de 8 ans sur les éclogites cratoniques et l’Hydrogène dans le manteau terrestre, dans le cadre des thématiques de « l’évolution de la lithosphère » et des « interactions Fluides-Roches » du LMV. Il s’appuie sur des collaborations internationales fortes avec les chercheurs du laboratoire de minéralogie de Novossibirsk en Russie et de Rhodes University et Cape Town University en Afrique du Sud. C’est la thèse UJM-UdL de Ioana Bogdana Radu qui a propulsé l’accélération de ces travaux.
Les résultats significatifs de ce travail de recherche sont mis en lumière aujourd’hui dans la revue prestigieuse de Nature Communications grâce à la collaboration des chercheurs et la combinaison des outils de pointe des laboratoires partenaires,: le spectromètre de masse du laboratoire LMV acquis dans le cadre du projet Papillon du CPER 2016-20 porté par Véronique Lavastre, pour analyser les données quantitatives et isotopiques de l’Hydrogène, la technologie de spectroscopie Infra-Rouge de l’Université Clermont Auvergne et de la microsonde Ionique du CRPG-CNRS de Nancy.
Références :
Molecular hydrogen in minerals as a clue to interpret ∂D variations in the mantle. B. N. Moine, N. Bolfan-Casanova, I. B. Radu, D. A. Ionov, G. Costin, A. V. Korsakov, A. V. Golovin, O. B. Oleinikov, E. Deloule & J. Y. Cottin, 2020. Nature communications
Date de la publication : 17 juillet 2020
