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Thèmes de recherche de l’équipe Géochimie des isotopes stables

Grâce à une double approche utilisant expériences en laboratoire et échantillons naturels, nous étudions l’altération hydrothermale des roches mafiques et ultramafiques.  En particulier, les réactions de carbonatation qui sont des puits importants de CO2 que nous tentons de mieux caractériser et de quantifier grâce à l’outil isotopique. Nos objets d’études sont les ophiolites (Oman, ANR LISZT) et la lithosphère océanique (ride sud-ouest indienne, ANR Ridge Factory).

Pour plus d’informations, vous pouvez contacter Isabelle Martinez, Pierre Agrinier.

Collaboration : Mathilde Cannat (Géosciences marines), Arnaud Antkowiak (Sorbonne Université)

L’étude des météorites se fait dans notre équipe essentiellement dans l’optique de caractériser les rapports isotopiques du soufre et de l’oxygène des roches formant les planètes. Ces rapports isotopiques apportent de nombreuses contraintes sur l’environnement astrophysique de formation de notre système solaire. Cette thématique est relativement nouvelle dans l’équipe actuelle, lancée dans les dix dernières années.

Jusque-là, nos travaux ont permis, via l’étude systématique des compositions isotopiques du soufre des chondrites à enstatite, de mettre en évidence les conditions réductrices de formation de ces objets, dans le système solaire interne.

 

La validation dans notre équipe de l’analyse des compositions isotopiques de l’oxygène des silicates par fluoration laser a permis la mise en place de nombreuses collaborations tant au niveau national qu’au niveau international, reflétant un fort besoin de caractérisation isotopique par la communauté.

 

L’équipe se tourne maintenant vers la mesure des rapports isotopiques du soufre dans les chondrites carbonées, dans l’objectif de décrire les réactions de photochimie ayant eu lieu dans le disque protoplanétaire.

Pour plus d’informations, vous pouvez contacter Jabrane Labidi.

L’étude du cycle interne des éléments volatils est un thème historique de notre équipe avec de nombreuses avancées effectuées depuis près de 40 ans, en incluant les caractérisations de la compositions isotopique du carbone, de l’azote, de l’hydrogène, du chlore et soufre mantéliques.

Nos études visent à mieux définir la variabilité de éléments volatils mantelliques, contraindre les flux de volatils dégazés du manteau et les flux de volatils recyclés dans le manteau aux zones de subduction. Nous analysons différents types d’échantillons : des diamants, des verres basaltiques de rides et d’iles océaniques, des xénolithes mais aussi des roches métamorphiques (métasédiments, métagabbros, méta-péridotites etc…), la croûte océanique altérée. Nos études intègrent autant que possible l’analyse de traceurs géochimiques clés (par exemple H2O/Ce, C/Nb, Cu/Y)

Nos travaux permettent d’apporter des contraintes fortes,  par exemple sur les quantités de chlore assimilées durant la mise en place des magmas (compositions isotopiques du chlore), l’origine et la chronologie de l’accrétion des volatils terrestres (isotopes de l’O, H, C, N et S) et le rôle de la formation du noyau (isotopes de S)

Nos nouveaux projets ont pour ambition de mieux comprendre la variabilité des éléments volatils en relation avec les variations de fugacité d’oxygène du manteau.

Pour plus d’informations, vous pouvez contacter Cyril Aubaud, Pierre Cartigny, Jabrane Labidi, Magali Bonifacie.

Dans cet axe de recherche, nous cherchons à comprendre les mécanismes de production de l’H2 natif en domaine continental, en particulier intracratonique où de nombreuses émanations ont été identifiées, en couplant l’étude d’échantillons naturels à des travaux expérimentaux pour affiner notre compréhension de ces réactions, en particulier leur cinétique. Nous développons également un nouvel outil géochimique : la mesure des isotopologues rares du H2 (les « clumped » isotopes), outil qui devrait également permettre de caractériser les réactions qui produisent H2 (température, origine du fluide, etc..).

Pour plus d’informations, vous pouvez contacter Isabelle Martinez, Ugo Geymond (thèse), Pierre Cartigny et Jabrane Labidi.

Collaboration: Olivier Sissmann, Julia Guelard (IFPEN), Isabelle Moretti (UPPA).

Nous utilisons les isotopes stables du Chlore (37Cl & 35Cl) pour étudier la physique du transport des ions dans les milieux poreux. Ce traceur isotopique est sensible aux processus physiques tels que la diffusion, la filtration, les mélanges de masses d’eaux, … et pratiquement insensible aux processus géochimiques où les ions chlorures ne sont que très rarement engagés.

Notre étude des fluides de porosités des sédiments océaniques montre que les chlorures sont systématiquement appauvris en 37Cl par rapport à l’eau de mer quel que soit le contexte tectonique (bassins océaniques, plateaux océaniques, marges continentales, flancs de dorsales océaniques, prismes d’accrétion des zones de subduction, cônes alluvials, …). Cela démontre de l’existence d’un processus physique très général qui retire 37Cl des fluides. Il pourrait être la filtration ionique des fluides par les argiles des sédiments tel qu’envisagé dans les années 1980. Il est probable que les conséquences d’un tel processus de filtration soient aussi enregistrées dans les fluides des aquifères profonds des bassins sédimentaires. Ce traceur, basé sur les isotopes du chlore, permettra de révéler l’histoire de la physique des déplacements de ces fluides.

Pour plus d’informations, vous pouvez contacter Pierre Agrinier, Magali Bonifacie, Gérard Bardoux.

La connaissance des lois régissant les variations des compositions isotopiques (aussi appelés les fractionnements isotopiques) est la base de leur utilisation pour comprendre les processus que l’on souhaite étudier. Notre équipe contribue régulièrement à la détermination de certaines de ces lois (appelées fractionnements isotopiques) encore inconnues ou peu connues.

Pour plus d’informations, vous pouvez contacter Magali Ader, Magali Bonifacie, Pierre Agrinier, Pierre Cartigny, Cyril Aubaud, Isabelle Martinez, Jabrane Labidi, Giovanni Aloisi, Vincent Busigny.

A partir d’études menées sur des roches anciennes, datant essentiellement de l’Archéen et du Protérozoique (3.8 Ga à 600 Ma), nous tentons de reconstruire l’évolution chimique des océans et de l’atmosphère, ainsi que l’évolution des organismes vivants au cours de l’histoire de la Terre. Pour répondre à ces questions, nous couplons des outils isotopiques (C, N, S, O, Fe, ∆47) et souvent pétrographiques et minéralogiques. L’étude des paléo-environnements Archéens est généralement conduite en association avec nos collègues du laboratoire de Géobiosphère Actuelle et Primitive (GAP).

L’interprétation des données acquises sur les roches anciennes est souvent compliquée et nécessite une calibration de nos outils par deux types d’approches complémentaires :

1) l’étude de systèmes actuels présentant des analogies avec les océans anciens, comme par exemple le Lac Pavin (Massif Central, France) ou le lac Dziani (Mayotte).

2) des cultures bactériennes en laboratoire, et l’analyse des produits obtenus sous différentes conditions physico-chimiques.

Pour plus d’informations, vous pouvez contacter Vincent Busigny, Magali Ader, Magali Bonifacie, Giovanni Aloisi.

Parce qu’ils sont géochimiquement incompatibles et volatils, le carbone, les éléments halogènes (et notamment le chlore et le brome), l’eau ou le soufre sont communément présents dans les magmas et les gaz volcaniques.

De par leur fort potentiel pour tracer l’histoire des magmas depuis leur origine, leurs différenciation, évolution, et dégazage, mais aussi leurs interactions avec les fluides météoriques et hydrothermaux, notre équipe se focalise sur les compositions isotopiques du carbone et chlore et depuis 2011 inclut les isotopes du brome.

Pour plus d’informations, vous pouvez contacter Magali Bonifacie, Cyril Aubaud, Pierre Agrinier.

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