une contribution à la recherche

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Faculté des sciences et techniques UMR 7566 G2R
U.F.R. S.T.M.P., Ecole Doctorale RP2E (Ressources, Procédés, Produits et Environnement)
THÈSE
Présentée à la Faculté des Sciences et Techniques de Nancy 1
pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Université Henri Poincaré (Nancy 1)
Spécialité : Géosciences
par
Michael FRANIATTE
Étude théorique et expérimentale de la biogenèse
des systèmes hydrothermaux marins :
Une contribution à la recherche sur l’origine de la vie
Soutenance prévue le 12 Juillet 2011
Membres du Jury :
Mme. Martine Buatier Professeur, Université de Franche-Comté,
Besançon, UMR 6249 CNRS
Rapporteur
M. Jean-Robert Disnar Directeur de Recherche, CNRS, Orléans,
UMR 6113 CNRS
Rapporteur
M. Luis Martinez Professeur, Université Henri Poincaré Examinateur
M. Chinh Nguyen-Trung Chargé de recherche, UMR 7566 CNRS Directeur de thèse

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Remerciements
Des personnes de grands intérêts scientifiquement et amicalement m’ont apportés tous leurs
soutiens, en permettant aux travaux de ce manuscrit d’être à la hauteur d’un doctorat. Elles ont apporté
la force et le courage qu’il faut pour que le domaine de la science qui est abordé ait un véritable sens.
Sans leurs aides précieuses, la thèse n’aurait pas d’intérêt. Les remerciements sont destinés aux
personnes qui ont permis de réaliser toutes les trames de cet ouvrage, car elles ont su apporter, le
courage, la force et le cœur, qu’il faut pour comprendre et entrevoir les grandes réalités de la vie et de
son origine. Je remercie aussi les personnes que j’ai découvertes toutes au long de mon parcours à la
faculté de Nancy et ma famille.
Je voudrais remercier tout d’abords mes directeurs de thèse et mes co-encadrants, avec qui
nous avons beaucoup échangé les informations pour réaliser les travaux expérimentaux et théoriques
qui permettent des résultats concrets, et au relief de la science actuel. Nous avons eu une forte
collaboration pour mener à biens les investigations et les discussions, nécessaires aux bons
déroulements de la thèse. Ces personnes sont Chinh Nguyen-Trung, Laurent Richard, Jean Dubessy,
Erwan Perfetti et Michel Cathelineau qui est directeur du laboratoire.
Des remerciements vont ensuite aux personnes qui se sont occupées de la partie technique des
expériences analytiques en laboratoire, sans qui il n’y aurait pas autant de relief dans les travaux, et de
vérités dans les résultats. Les personnes qui se sont occupées des parties techniques que je remercie
sont Olinda, Marcel, Aurélien, Yohann, Françoise, François, Rolland et Gilles.
Les remerciements vont aussi au laboratoire G2R, à l’ANDRA et le CNRS, pour les
financements et toutes les personnes qui constituent le personnel administratif, et qui ont permis aussi
le bon déroulement de mes années en thèse, des points de vue financiers et administratifs.
Je remercie également ma famille, avec laquelle je me suis senti rassuré et tranquille, dans
l’aisance d’une vie paisible et réconfortante. Mon père et ma mère m’ont apporté tous les soins et tous
les conseils nécessaires à ma réussite dans les études, et mes sœurs et leurs filles avec qui j’ai partagé
agréablement mes moments en famille.
Les derniers remerciements vont aux amis, ceux du laboratoire et deux personnes qui n’y
probablement jamais mirent les pieds. Nous avons partagé quelques moments de détentes agréables en
apprenant à se connaitre au cours de rencontres totalement amicales. Olivier, Jérémie, Rakhim, Askar
puis Jérôme et Tristan.

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Étude théorique et expérimentale des fluides hydrothermaux marins
Implications pour l’origine de la vie
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE .............................................................................................................................. 8
PARTIE I .......................................................................................................................................................... 16
ETUDE THEORIQUE SUR .......................................................................................................................... 16
LES CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES ................................................................................. 16
(COMPOSITION CHIMIQUE, STABILITE THERMIQUE) ....................................................................... 16
DES COMPOSES INORGANIQUES ET ORGANIQUES ............................................................................ 16
PRESENTS DANS CERTAINS FLUIDES HYDROTHERMAUX MARINS ................................................ 16
CHAPITRE I-1 .................................................................................................................................................. 17
ETAT DE CONNAISSANCE SUR L'ORIGINE DE LA VIE ........................................................................ 17
DANS CERTAINS SYSTEMES HYDROTHERMAUX MARINS ................................................................. 17
CONTEXTE HYDROGEOCHIMIQUE .............................................................................................................................. 17
1. SYNTHESE ABIOGENIQUE DE CERTAINS COMPOSES ORGANIQUES PRECURSEURS DE LA VIE DANS UN FLUIDE HYDROTHERMAL LE
LONG D'UN GRADIENT THERMIQUE ET A TRAVERS LA CROUTE OCEANIQUE. ........................................................................ 19
2. LES SYSTEMES HYDROTHERMAUX MARINS COMME SIEGE DE REACTIONS DE SYNTHESE ABIOGENIQUE DES MOLECULES
PRECURSEURS DE LA VIE .......................................................................................................................................... 21
3. LES SYSTEMES HYDROTHERMAUX MARINS COMME LIEU PROPICE A L'ORIGINE DE LA VIE .................................................... 22
4. PROCESSUS DE REDUCTION DES FLUIDES HYDROTHERMAUX PAR LA SERPENTINISATION DES OLIVINES .................................. 24
5. SYSTEMES HYDROTHERMAUX ARCHEENS COMME LIEU DE SYNTHESE ABIOGENIQUE DES COMPOSES ORGANIQUES AVEC OU
SANS AZOTE 28
6. REDUCTION ABIOTIQUE DE L’AZOTE AU DEBUT DE L’HISTOIRE DE LA TERRE .................................................................... 31
7. MOLECULES PREBIOTIQUES .................................................................................................................................. 34
CHAPITRE I-2 .................................................................................................................................................. 36
ETUDE THEORIQUE DES CONDITIONS DE FORMATION DES HYDROCARBURES ......................... 36
A PARTIR DE L'ALTERATION DES ROCHES ULTRABASIQUES .......................................................... 36
DANS DES SYSTEMES HYDROTHERMAUX MARINS. ............................................................................ 36
ETUDE THERMODYNAMIQUE DE L'ALTERATION HYDROTHERMALE DES ROCHES ULTRABASIQUES ET DE LA SYNTHESE ABIOGENIQUE
D’HYDROCARBURES DANS LES SYSTEMES HYDROTHERMAUX MARINS ................................................................................ 36
L'ARTICLE EST SOUMIS DANS LA REVUE DE LA SOCIETE GEOLOGIQUE DE FRANCE ................................................................ 36
RESUME .............................................................................................................................................................. 36
ABSTRACT ............................................................................................................................................................ 37
ABRIDGED ENGLISH VERSION ................................................................................................................................... 37
1. INTRODUCTION ................................................................................................................................................. 37
2. ESTIMATION OF THE AMOUNT OF HYDROGEN PRODUCED DURING THE HYDROTHERMAL ALTERATION OF PERIDOTITES ............ 38
3. ABIOTIC SYNTHESIS OF N-ALKANES IN HYDROTHERMAL SYSTEMS OF SLOW-SPREADING RIDGES........................................... 40
4. CONCLUSION .................................................................................................................................................... 42
FRENCH VERSION ................................................................................................................................................... 43
1. INTRODUCTION ................................................................................................................................................. 43
2. MODELISATION THERMODYNAMIQUE DE L'ALTERATION HYDROTHERMALE D’UNE PERIDOTITE ........................................... 45
3. SYNTHESE ABIOGENIQUE D'HYDROCARBURES DANS LES SYSTEMES HYDROTHERMAUX MARINS EN CONTEXTE ULTRABASIQUE ... 47
4. CONCLUSION .................................................................................................................................................... 49
5. REFERENCES ..................................................................................................................................................... 49