axe 4 Exploration et connaissance des grands fonds océaniques

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1 axe 4 Exploration et connaissance des grands fonds océaniques

2 Projet 1 Mise en place de méthodes d analyse des isotopes stables des métaux et métalloïdes par spectrométrie de masse. Système de séparation chromatographique en salle blanche pour purifier le Fer de l eau de mer. Olivier Rouxe Spectromètre de masse à source plasma Ifremer p 28 Europole Mer Le but de ce projet est de développer des méthodes d analyses des isotopes. Il s agit de caractériser, de mesurer et de comprendre le comportement des isotopes stables des métaux non communément étudiés tels que le fer (Fe), nickel (Ni), zinc (Zn), cadmium (Cd) et cuivre (Cu) ainsi que les métalloïdes tels que le germanium (Ge) et antimoine (Sb). On se trouve ici à la frontière technique de ce qui est actuellement fait avec l utilisation d équipements scientifiques de pointe. Développement d une nouvelle technique pour mesurer les rapports isotopiques des isotopes du soufre (S) dans des milieux naturels aqueux et microbiens. Développement de techniques de mesure des isotopes des métaux comme traceurs des sources et transfert des métaux dans les océans. Développement de techniques d analyse à haute résolution spatiale (< 50 micron-mètres) par ablation laser pour étudier les variations isotopiques à l échelle du minéral. D. Asael, F. Chever, V. Dekov, N. Callac, B. Gueguen : Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM) S. Lalonde, Ifremer/Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM)

3 Projet 2 Les relations entre les événements marins anoxiques, l évolution biologique et les dépôts métallifères océaniques. Ce projet étudie les grandes crises qui ont marqué l océan à travers l analyse des dépôts métallifères et sédimentaires du Précambrien (formations ferrifères rubanées et les schistes noirs), datant de plus de 600 Ma à 3750 Ma. Après leurs dépôts dans les grandes profondeurs des océans anciens, ces formations se trouvent maintenant préservées à terre, sur l ensemble des continents. Aujourd hui, elles servent d archives permettant d analyser l évolution géochimique des océans sur une échelle de temps géologique. Les objectifs principaux de ce projet sont de comprendre quand les océans sont passés d un environnement anoxique (sans oxygène) à oxydé, l histoire de l évolution et de l activité des microbes qui ont effectué l oxygénation des océans et l impact de cette oxygénation pour les cycles biogéochimiques des métaux. Enrichissement en Cr des sédiments métallifères par rapport à la croûte continentale Première apparition de l oxygène dans l atmosphère Âge en milliards d années p 29 Europole Mer Il y 2,3 milliards d années, l atmosphère s est irréversiblement enrichie en oxygène et cette augmentation de la quantité d oxygène a entraîné une augmentation de la concentration en soufre (S) et en certains métaux comme le molybdène (Mo) et le Chrome (Cr) dans les océans. Au contraire, le Fer (Fe), qui est un nutriment essentiel aux organismes vivants, a atteint des concentrations très faibles dans les océans, des océans anciens jusqu à l actuel. Contrairement aux hypothèses initiales, il a été montré que les océans primitifs étaient très riches en phosphates, avec un pic qui coïncide avec le développement de la vie multicellulaire il y a 700 à 600 millions d années. Stefan Lalonde Fer rubané 1 Les formations ferrifères rubanées, comme ci-dessus observées au nord du Canada et datées à 2,7 milliards d années, représentent une accumulation lente des sédiments précipitant directement à partir de l eau des océans anciens, anoxiques et riches en métaux réduits. Stefan Lalonde Fer rubané 2 Les formations ferrifères rubanées, comme ci-dessus observées à l ouest de l Australie et datées à 2,6 milliards d années, représentent une accumulation lente des sédiments précipitant directement à partir de l eau des océans anciens, anoxiques et riches en métaux réduits. S. Lalonde, Ifremer/Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM) D. Asael, Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM)

4 Projet 3 Sources et cycle biogéochimique des métaux dans les océans. Déploiement de bathysonde rosette utilisée pour le prélèvement d eau de mer en profondeur (mission FeMO 2007). FeMO 2007 scientific shipboard party Prélèvement d un échantillons de fluide hydrothermal sur le volcan sous-marin de Loihi (mission FeMO 2009). WHOI p 30 Europole Mer Ce projet vise à comprendre quelles sont les sources des métaux dans les océans. Il s agit par exemple de comprendre d où vient le fer (Fe) dissous, élément essentiel à de nombreuses réactions biochimiques et non réparti de façon homogène dans les océans. Dans les océans côtiers, la composition isotopique du fer montre une contribution importante de fer d origine sédimentaire, qui provient de réactions biogéochimiques «redox» dans les sédiments marins riches en matière organique. Dans les océans profonds proches des sources hydrothermales, on détecte la présence de fer dissout et particulaire dont la composition particulière suggère que les systèmes hydrothermaux peuvent contribuer à l enrichissement en fer des océans et probablement en d autres métaux. Partenaire scientifique : F. Chever, Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM)

5 Projet 4 Contribution de la géochimie des isotopes des métaux à l étude des dépôts métallifères OCEANIQUES. Ce projet vise à identifier, par l étude des isotopes, les sources et les processus qui contrôlent la formation des croûtes de manganèse, des nodules polymétalliques et des sulfures hydrothermaux riches en cuivre (Cu), zinc (Zn), nickel (Ni) et d autres métaux d importance majeure à la fois pour les écosystèmes marins, mais aussi comme ressources minières potentielles. Les nodules polymétalliques, tout comme les encroûtements de manganèse sont constitués de couches d oxydes de fer et de manganèse. Dans les premiers, ces couches sont concentriques et constituées à partir d un nucléus (débris de roches, de coquillages, ) tandis que pour les deuxièmes, elles sont formées par précipitation sur les flancs des volcans sous-marins entre 1000 et 3000m. Les nodules polymétalliques sont présents sur de grandes surfaces océaniques à des profondeurs pouvant être supérieures à 4000 mètres. Bleuenn Gueguen p 31 Europole Mer Encroûtement de manganèse de Tahiti. Bleuenn Gueguen Il a été montré que les métaux constituant les encroûtements de manganèse proviennent de la précipitation des métaux contenus dans de l eau de mer, tandis que ceux des nodules polymétalliques ont des origines multiples (eau de mer, sédiments sur lesquels ils sont déposés, activité biologique dans les sédiments de surface et de subsurface et sources hydrothermales). Par rapport aux eaux de surface, les fonds océaniques ont une concentration plus élevée en nickel (Ni). Métal d importance pour le métabolisme des organismes vivants, celui-ci se retrouve en effet consommé par ces derniers dans les eaux de surface. A leur mort, suite à leur dégradation, il se retrouve ainsi minéralisé dans les fonds. Cette caractéristique implique que le cycle du Ni dans les océans est probablement influencé par cette activité biologique, bien que ce paramètre reste encore à déterminer et à évaluer. La composition isotopique du Ni a été déterminée pour la première fois dans ces dépôts, avec comme objectif de développer un nouveau traceur des processus métallogéniques. L influence des phénomènes de méso-échelle sur le transport dans les océans des particules d origine hydrothermale et des larves a été démontrée. Encroûtement de manganèse de Tahiti. Bleuenn Gueguen B. Gueguen, D. Asael, V. Dekov, Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM)

6 Projet 5 Des sources hydrothermales océaniques aux sédiments marins profonds : mise en évidence de nouvelles signatures biologiques. Les sédiments océaniques et les sources hydrothermales sont des écosystèmes marins profonds qui abritent diverses communautés microbiennes aux conditions de vie très variées. Ces microorganismes sont des acteurs majeurs de ces écosystèmes extrêmes (forte pression, température jusque c). Ils interagissent à la fois avec la géosphère (roches, sédiments), l hydrosphère (eau de mer, fluides hydrothermaux) et la biosphère environnante (autres micro-organismes ou animaux). Un exemple visible de ces interactions est la formation de tapis microbiens à la surface du sédiment ou à proximité des cheminées hydrothermales (Figure 1 A et B). Ifremer Ce projet a pour but d identifier de nouvelles signatures biologiques correspondant aux «empreintes» des activités des micro-organismes. Ceci permettra de mieux comprendre le fonctionnement des écosystèmes extrêmes en identifiant les interactions biosphèreeau-minéraux (roches, sédiments). Les études microbiologiques (identification des micro-organismes), chimiques et minéralogiques de structures hydrothermales (Figure 2) ou de sédiments (recouverts de tapis microbien, Figure 1, ou non) permettent d obtenir les signatures, résultant des activités microbiennes et des réactions chimiques. Ainsi, une image globale des interactions entre les micro-organismes et leur environnement est mise en évidence. Afin d identifier les bio-signatures individuelles qui constituent cette image, des microorganismes sont cultivés au laboratoire et les signatures qu ils génèrent sont identifiées. Des modules de colonisation (Figure 2), déployés à la surface ou dans les sédiments ont également été utilisés. Ifremer p 32 Europole Mer Fig. 1 - A Ifremer Figure 2 : Modules de colonisation in situ déployés dans ou sur le sédiment recouvert de tapis microbien blanc et orange du Bassin de Guaymas (Photographie Nautile, campagne BIG2010, Ifremer). Ultimement, ce projet permettra d utiliser ces nouveaux traceurs biologiques et paléo-environnementaux de ces milieux extrêmes, d où la vie pourrait avoir émergé, pour suivre l évolution des cycles biogéochimiques et l évolution de la vie microbienne de son origine (dans les océans primitifs) à nos jours. Fig. 1 - B Figure 1 : A) Tapis microbien blanc du Bassin de Guaymas (Photographie Nautile, campagne BIG2010, Ifremer) B) Tapis microbien blanc et orange à la base des édifices hydrothermaux du Bassin de Guaymas (Photographie Nautile, campagne BIG2010, Ifremer) B. Gueguen, D. Asael, V. Dekov, Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM)