Traçage du cycle long du carbone dans les zones de subduction

Le cycle long du carbone a des implications majeures à l’échelle de la planète, notamment sur la composition de l’atmosphère et sur l’émergence et la persistance de la vie sur Terre. Ce cycle est intimement lié au processus de subduction, lors duquel le carbone stocké dans la lithosphère océanique est entrainé vers les profondeurs de la Terre. Cependant, le devenir du carbone, et plus particulièrement du carbone organique, lors de la subduction reste largement méconnu. L’objectif de cette thèse est d’apporter de nouvelles contraintes sur le cycle profond du carbone organique. Pour cela, nous nous sommes intéressés à la méta-ophiolite du Monviso (Alpes occidentales) qui a été subduite dans le faciès éclogite lors de la subduction alpine. Cette méta-ophiolite présente une grande variété de lithologies incluant des métaserpentinites, des méta-ophicarbonates, des méta-sédiments, abondants dans la partie Nord du massif, et des méta-basites, abondantes dans la partie Sud. L’étude pétrographique de ces roches, combinée à des modélisations thermodynamiques, montrent qu’elles enregistrent des conditions pression température (P-T) comparables, de l’ordre de 520-570°C et 2,6-2,7 GPa. En dépit de cet enregistrement P-T homogène, la variété d’assemblage minéralogique observée dans les serpentinites témoigne de fortes variations de fugacité en oxygène (fO2) dans la plaque plongeante lors de la subduction. Près du paléoplancher océanique, les serpentinites enregistrent des conditions de fO2 basses (-4 par rapport au tampon Fayalite-Magnetite-Quartz) et sont associées à des formes de carbone organique variées. Grâce à une étudie spectroscopique à micro-échelle, nous avons identifié de la matière carbonacée désordonnée associée à des minéraux organiques et des nanodiamants. Ces minéraux se formeraient par réduction des carbonates lors de la déshydratation des serpentinites à haute pression et haute température. Le carbone organique resterait piégé dans la roche lors du métamorphisme prograde. L’étude des isotopes stable du fer et du zinc montre un découplage du carbone lors de la déshydratation de la plaque plongeante. La majeure partie des carbonates est dévolatilisée sous forme de CO2 dans la phase fluide, conduisant à un fractionnement isotopique important du fer et témoignant de la mobilité de cet élément sous forme de complexes carbonatés isotopiquement légers (Fe(II)-CO3). A l’inverse, le carbone organique survivrait au processus de subduction et serait recyclé vers l’intérieur de la planète.

Mots clés : cycle profond du carbone, carbone organique, matière carbonacée désordonnée, subduction, Monviso, méta-serpentinites