Décrypter les océans anciens à partir de la pyrite et des isotopes du fer
Les isotopes du fer de la pyrite sont fréquemment utilisés pour mieux comprendre les conditions environnementales au cours de l’histoire de notre planète allant jusqu’aux archives sédimentaires datant de milliards d’années. Une équipe de chercheurs des laboratoires GET (Université de Toulouse) et IMPMC (Sorbonne Université) a combiné des approches expérimentales, des analyses isotopiques et des modélisations théoriques pour élucider les mécanismes de formation de la pyrite à basse température. Leurs résultats montrent que la signature isotopique du fer dans la pyrite est un marqueur fiable des processus abiotiques, indépendamment des éléments traces présents. C’est une avancée importante pour interpréter les archives géologiques et mieux comprendre l’évolution de la Terre.
La pyrite (FeS₂), présente dans les sédiments anciens, enregistre les conditions chimiques des océans et de l’atmosphère de la Terre primitive. Les isotopes du fer, en particulier, sont des indicateurs précieux des processus géochimiques passés. Pourtant, les voies de formation de la pyrite et leur impact sur la répartition des isotopes du fer restent mal compris, limitant notre capacité à interpréter correctement ces archives géologiques.
Les chercheurs ont reproduit en laboratoire la formation de la pyrite via la voie dite des polysulfures, l’un des deux principaux mécanismes de formation de ce minéral dans la nature. Ils ont suivi l’évolution des isotopes du fer dans les solides et les solutions au cours du temps, en présence ou non d’éléments traces comme le nickel et l’arsenic, connus pour influencer la cinétique de formation de la pyrite. Les expériences ont été menées dans des conditions strictement anoxiques (sans oxygène), similaires à celles des océans primitifs.
L’étude révèle que la formation de la pyrite s’accompagne d’une forte inversion de la répartition des isotopes du fer entre le solide et la solution. Au début de l’expérience, les solides sont légèrement enrichis en isotopes lourds du fer, mais dès que la pyrite commence à se former, leur composition isotopique devient beaucoup plus légère. Ce phénomène est indépendant de la présence de nickel ou d’arsenic. L’étude montre également que le partage isotopique final est toujours le même, quel que soit le temps de réaction ou la présence d’éléments traces. Ce résultat suggère que la signature isotopique du fer dans la pyrite est contrôlée par un mécanisme cinétique commun, impliquant un intermédiaire moléculaire léger en fer, qui se forme avant la cristallisation de la pyrite et qui va lui donner sa composition isotopique finale.
Cette étude apporte ainsi une compréhension unifiée des mécanismes de formation abiotiques de la pyrite. Elle montre que les signatures isotopiques légères du fer, souvent observées dans les pyrites archéennes, peuvent être produites par des processus purement abiotiques. Ces résultats remettent en question l’explication couramment formulée selon laquelle ces signatures seraient systématiquement liées à des activités microbiennes, comme la réduction dissimulatrice du fer.
Contacts GET: Franck Poitrasson, Marc Blanchard, Romain Guilbaud
