Serpentinisation et synthèse inorganique d`hydrogène

Serpentinisationetsynthèseinorganiqued'hydrogène,méthaneethydrocarbureslelongdeladorsalemédioAtlantique
Jean-Luc Charlou, Jean-PierreDonval,CécileKonn
Exempled'émissiondebullesdegaz(H2, CH4, CO2)d'unfumeurnoirsurlesiteAshaze(353°C,408bars)
©Ifremer / Serpentine 2007
Depuisunedizained'années,lesgéochimistess'intéressentauxinteractionsdel'eaudemeraveclesrochesdumanteaulelongdesdorsaleslentesmédio-océaniques,eten
particulierlelongdeladorsalemédio-Atlantique.
Eneffet,lestravauxexploratoiresmenéesdepuis1990,notammentparlelaboratoire"GéochimieetMétallogénie"del'Ifremer,ontprouvéquelesnombreusesanomalies
deméthaneobservéeslelongdel'axedeladorsaleétaientétroitementliéesàlaprésenced'affleurementsderochesdumanteausurlessommetsetlesmursduriftetà
proximitéduplancherocéaniquedanslavalléeaxiale.
Cetteassociationestuneconséquenceduprocessusd'hydratationdesrochesdumanteauparréactionavecl'eaudemer.Lesmouvementstectoniquesprovoquenten
effetunefracturationdelacroûtepermettantunepénétrationdel'eaudemerjusqu'aumanteau.
Laréactiondel'eaudemeraveclesroches"péridotites"dumanteau,processusappeléserpentinisation,entraînealorsuneaugmentationdevolumedesroches,les
repoussantphysiquementàl'affleurement,accompagnéederéactionschimiquesauxconséquencesimportantes.
Quellessontlesconséquencesdecephénomènedeserpentinisation?
Enprésenced'eau,l'olivineet/oulepyroxène,minérauxprimordiauxconstituantlemanteau,sontoxydésdurantleprocessusdeserpentinisation.Cetteréaction
exothermiquepeutinduirelocalementunexcèsdechaleurd'unecentainededegrés.L'eauestréduiteàl'étatd'hydrogènemoléculaireetleFer(II)oxydéenFe(III)sous
formedemagnétite.L'hydrogèneproduitengrandequantitélorsdelaréactiondeserpentinisationréagitensuiteavecleCO2libérédesminérauxetprésentdansl'eaude
mer,pourgénérerd'abordduméthane,puisdeshydrocarburespluslourds(hydrocarburesàchaînelinéaire,hydrocarburesaromatiques,acidesgras...),selonune
réactiondetypeFischer-Tropsch,catalyséepardesélémentstelsquelenickel,lecobalt,lechromeprésentsetenrichisdanslesrochesdumanteau.
Ceprocédéestbienconnuetesttoujoursutiliséactuellementdansl'Industriepourfabriquerdupétrolesynthétique.Ainsi,cetypederéactioncatalytique,seproduisantà
hautepressionethautetempérature,montrequ'ilestpossibledesynthétiserdesmoléculesorganiquesd'origineabiotiqueàpartirdesminérauxprésentsdanslemanteau
terrestre.
ExempledecompositiondesgazdanslefluidedeRainbow(36°14'N-MAR).
Dans les 2 cas (photos du haut et celle-ci),l'hydrogèneestproduitentrèsgrandequantitéparserpentinisation
Commentétudieretmieuxcomprendreceprocessusnaturel?
Afindecomprendreceprocessusnatureletestimerlesquantitésd'hydrogène,deméthaneetd'hydrocarburesformés,troisdomainesd'étudedoiventêtremenésen
parallèle.Lesscientifiquesocéanographesapportentlesdonnéesdeterrainparl'exploration,lesmesures,l'étudedesphénomènesenmer,l'analysedeséchantillons
naturels.
Lestravauxdeschercheursréalisantdesexpérimentationsenlaboratoire,faisantinteragirdespéridotitesavecdel'eaudemerenprésencededifférentscatalyseursàhaute
pressionethautetempérature,permettentdemieuxcomprendrelesmécanismesréactionnels.Lamodélisationthermodynamique,prenantencomptel'ensembledes
réactionschimiquespossiblesdanscemilieu,permetdeprédirelesespèceschimiques– minéralesetorganiques- synthétiséesdanscecontextehydrothermaletd'orienter
les recherches in situ.
Quelles questions scientifiques peut-on se poser ?
Noussavonsquelessourcesdepétrolediminuent,etidentifierdenouvellesressourcesénergétiquess'avèredifficile.Dufaitdesémissionsgigantesquesd'hydrogèneetde
méthaneissuesdelaserpentinisationsurlesdorsaleslentesmédio-océaniques,onpeutseposerlaquestiondudevenirdecesgazetdeleurtransformationdanslemilieu
océanique.
LaPlanèteTerrepossède-t-elleunesourcenaturelled'hydrogèneetdegazautrequecelledérivéedel'enfouissementetdelamaturationdelamatièreorganiquedansles
bassinssédimentaires?Sansaucundouteoui,maisils'agiticid'unesourcedegaznonmaîtrisée.
Quellessontlesquantitésd'hydrogèneetdegazgénéréesàpartirduminéralparvoieabiogénique?Cesestimationsrestentàfaireetnepourrontsepréciserqueparune
explorationcontinuedesdorsaleslentesetuneconnaissancedecesgrandsfondspluspoussée.
Y-a-t-ildupétroled'origineinorganiqueprésentdanslesenvironnementsmantelliquesdesdorsalesmédio-océaniques?Certainementoui.Maisdétectéàl'étatdetraces
pourl'instant.Lesrésultatsactuelsleprouvent.Maisilresteàcomprendreetdécouvrirlesdomainesréactionnelslesplusfavorablesàleursynthèsedanscemilieunaturel.
Y-a-t-ildesgazhydratescongeléssurlesflancssédimentésdesdorsaleslentes,commedéjàdécouvertssurlesmargescontinentalessédimentées?Possible.Dufaitdes
conditionsdepressionettempérature,delaprésenced'uneconvectionhydrothermaleentraînantlacirculationd'eauautraversdelacroûtefracturéeassociéeàune
productionintensedeméthaneparserpentinisation,l'hypothèsedeformationdedépôtsdegazhydratessolidespiégésdanslessédimentssurlesflancsdesdorsales,peut -
êtremaintenantproposée.
VoilàdegrandesquestionsactuellementdébattuesdanslacommunautéscientifiqueetauxquelleslacampagneSerpentinetenteradedonnerquelquesréponses.
L'explorationdesgrandsfondsocéaniquesnefaitpeut-êtrequecommencer.

Serpentinisationetsynthèseinorganiqued'hydrogène,méthaneethydrocarbureslelongdeladorsalemédioAtlantique
Jean-Luc Charlou, Jean-PierreDonval,CécileKonn
Exempled'émissiondebullesdegaz(H2, CH4, CO2)d'unfumeurnoirsurlesiteAshaze(353°C,408bars)
©Ifremer / Serpentine 2007
Depuisunedizained'années,lesgéochimistess'intéressentauxinteractionsdel'eaudemeraveclesrochesdumanteaulelongdesdorsaleslentesmédio-océaniques,eten
particulierlelongdeladorsalemédio-Atlantique.
Eneffet,lestravauxexploratoiresmenéesdepuis1990,notammentparlelaboratoire"GéochimieetMétallogénie"del'Ifremer,ontprouvéquelesnombreusesanomalies
deméthaneobservéeslelongdel'axedeladorsaleétaientétroitementliéesàlaprésenced'affleurementsderochesdumanteausurlessommetsetlesmursduriftetà
proximitéduplancherocéaniquedanslavalléeaxiale.
Cetteassociationestuneconséquenceduprocessusd'hydratationdesrochesdumanteauparréactionavecl'eaudemer.Lesmouvementstectoniquesprovoquenten
effetunefracturationdelacroûtepermettantunepénétrationdel'eaudemerjusqu'aumanteau.
Laréactiondel'eaudemeraveclesroches"péridotites"dumanteau,processusappeléserpentinisation,entraînealorsuneaugmentationdevolumedesroches,les
repoussantphysiquementàl'affleurement,accompagnéederéactionschimiquesauxconséquencesimportantes.
Quellessontlesconséquencesdecephénomènedeserpentinisation?
Enprésenced'eau,l'olivineet/oulepyroxène,minérauxprimordiauxconstituantlemanteau,sontoxydésdurantleprocessusdeserpentinisation.Cetteréaction
exothermiquepeutinduirelocalementunexcèsdechaleurd'unecentainededegrés.L'eauestréduiteàl'étatd'hydrogènemoléculaireetleFer(II)oxydéenFe(III)sous
formedemagnétite.L'hydrogèneproduitengrandequantitélorsdelaréactiondeserpentinisationréagitensuiteavecleCO2libérédesminérauxetprésentdansl'eaude
mer,pourgénérerd'abordduméthane,puisdeshydrocarburespluslourds(hydrocarburesàchaînelinéaire,hydrocarburesaromatiques,acidesgras...),selonune
réactiondetypeFischer-Tropsch,catalyséepardesélémentstelsquelenickel,lecobalt,lechromeprésentsetenrichisdanslesrochesdumanteau.
Ceprocédéestbienconnuetesttoujoursutiliséactuellementdansl'Industriepourfabriquerdupétrolesynthétique.Ainsi,cetypederéactioncatalytique,seproduisantà
hautepressionethautetempérature,montrequ'ilestpossibledesynthétiserdesmoléculesorganiquesd'origineabiotiqueàpartirdesminérauxprésentsdanslemanteau
terrestre.
ExempledecompositiondesgazdanslefluidedeRainbow(36°14'N-MAR).
Dans les 2 cas (photos du haut et celle-ci),l'hydrogèneestproduitentrèsgrandequantitéparserpentinisation
Commentétudieretmieuxcomprendreceprocessusnaturel?
Afindecomprendreceprocessusnatureletestimerlesquantitésd'hydrogène,deméthaneetd'hydrocarburesformés,troisdomainesd'étudedoiventêtremenésen
parallèle.Lesscientifiquesocéanographesapportentlesdonnéesdeterrainparl'exploration,lesmesures,l'étudedesphénomènesenmer,l'analysedeséchantillons
naturels.
Lestravauxdeschercheursréalisantdesexpérimentationsenlaboratoire,faisantinteragirdespéridotitesavecdel'eaudemerenprésencededifférentscatalyseursàhaute
pressionethautetempérature,permettentdemieuxcomprendrelesmécanismesréactionnels.Lamodélisationthermodynamique,prenantencomptel'ensembledes
réactionschimiquespossiblesdanscemilieu,permetdeprédirelesespèceschimiques– minéralesetorganiques- synthétiséesdanscecontextehydrothermaletd'orienter
les recherches in situ.
Quelles questions scientifiques peut-on se poser ?
Noussavonsquelessourcesdepétrolediminuent,etidentifierdenouvellesressourcesénergétiquess'avèredifficile.Dufaitdesémissionsgigantesquesd'hydrogèneetde
méthaneissuesdelaserpentinisationsurlesdorsaleslentesmédio-océaniques,onpeutseposerlaquestiondudevenirdecesgazetdeleurtransformationdanslemilieu
océanique.
LaPlanèteTerrepossède-t-elleunesourcenaturelled'hydrogèneetdegazautrequecelledérivéedel'enfouissementetdelamaturationdelamatièreorganiquedansles
bassinssédimentaires?Sansaucundouteoui,maisils'agiticid'unesourcedegaznonmaîtrisée.
Quellessontlesquantitésd'hydrogèneetdegazgénéréesàpartirduminéralparvoieabiogénique?Cesestimationsrestentàfaireetnepourrontsepréciserqueparune
explorationcontinuedesdorsaleslentesetuneconnaissancedecesgrandsfondspluspoussée.
Y-a-t-ildupétroled'origineinorganiqueprésentdanslesenvironnementsmantelliquesdesdorsalesmédio-océaniques?Certainementoui.Maisdétectéàl'étatdetraces
pourl'instant.Lesrésultatsactuelsleprouvent.Maisilresteàcomprendreetdécouvrirlesdomainesréactionnelslesplusfavorablesàleursynthèsedanscemilieunaturel.
Y-a-t-ildesgazhydratescongeléssurlesflancssédimentésdesdorsaleslentes,commedéjàdécouvertssurlesmargescontinentalessédimentées?Possible.Dufaitdes
conditionsdepressionettempérature,delaprésenced'uneconvectionhydrothermaleentraînantlacirculationd'eauautraversdelacroûtefracturéeassociéeàune
productionintensedeméthaneparserpentinisation,l'hypothèsedeformationdedépôtsdegazhydratessolidespiégésdanslessédimentssurlesflancsdesdorsales,peut -
êtremaintenantproposée.
VoilàdegrandesquestionsactuellementdébattuesdanslacommunautéscientifiqueetauxquelleslacampagneSerpentinetenteradedonnerquelquesréponses.
L'explorationdesgrandsfondsocéaniquesnefaitpeut-êtrequecommencer.