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L’altération des roches à l’origine de la composition de l’atmosphère terrestre
Actualités

L’altération des roches à l’origine de la composition de l’atmosphère terrestre

Pour expliquer ce phénomène, les scientifiques suggèrent que la période précédant la Grande Oxydation aurait été dominée par des processus consommant du dioxygène plutôt que par des processus en produisant. La fin de l'Archéen aurait par contre représenté une période de diminution des capacités de stockage de ce gaz. En parallèle de l'augmentation des sources biologiques d'O2, cela aurait ainsi permis sa forte accumulation dans l'atmosphère.

Il est également possible que l'événement de la Grande Oxydation et la brutale augmentation du taux d'O2 dans l'atmosphère soient liés à un changement majeur dans la composition de la croûte terrestre. L'écorce de notre Planète a en effet un important potentiel de consommation d'oxygène via les réactions d'oxydation du fer qui se produisent durant le processus d'altération chimique des roches. La transition d'une croûte continentale composée majoritairement de roches mafiques riches en fer (comme le basalte), à une croûte continentale composée principalement de roches felsiques pauvres en fer (comme les granites) durant la période archéenne aurait ainsi résulté en une diminution de la capacité d'absorption de l'oxygène par la croûte, facilitant l'oxygénation de l'atmosphère.

L’importance du H2 et de l’altération des roches du manteau

Une autre réaction d'oxydation du fer peut se produire, et ce, sans la présence de dioxygène. Cette réaction se produit au contact avec l'eau (H2O) et produit notamment un gaz, le dihydrogène (H2). Cette réaction peut avoir lieu en milieu continental ou marin, au niveau de la croûte océanique. Le H2 produit par cette réaction d'altération va à son tour réagir avec le dioxygène libre pour former des molécules d'eau. Indirectement, cette réaction d'oxydation des roches riches en fer représente également un piège à O2, mais qui dépend cette fois de la quantité d'H2 disponible.

Une réaction d'altération par l'eau en particulier produit de grandes quantités de H2. Il s'agit de la serpentinisation des péridotites du manteau terrestre. Actuellement, ces roches ne se retrouvent à l'affleurement que dans des environnements tectoniques bien particuliers : au niveau des dorsales ultra-lentes, des marges continentales pauvres en magma, dans les zones de subduction et au niveau de structures ponctuelles exhumées que l'on appelle « core complexes » et que l'on peut trouver en milieu océanique ou continental. Car la présence de roches du manteau à la surface de la croûte terrestre requiert certaines conditions géodynamiques.

Normalement, lorsque ces roches remontent vers la surface, elles subissent ce que l'on appelle la fusion partielle. C'est ce processus qui génère du magma. En cristallisant, il va former les roches dites « mafiques » -- comme les basaltes et les gabbros -- qui, même si elles sont originaires du manteau, n'ont plus du tout la même composition. Exhumer une péridotite sans la faire fondre demande la mise en œuvre de processus très lents et froids, d'origine tectonique. Actuellement, même si la présence de péridotite serpentinisée est plus importante qu'on ne le pensait il y a quelques décennies, cela ne représente qu'une surface relativement faible à l'échelle de Terre (0,2 %).

L’abondance des komatiites, clé de l’énigme

Pourtant, cela semblerait avoir été différent durant le passé géologique de notre Planète. Les roches ultramafiques, avec des compositions proches de celles du manteau terrestre, comme les komatiites, auraient ainsi été bien plus fréquentes à la surface de la Terre. Les komatiites sont en effet des roches volcaniques contenant des olivines et du pyroxène, riches en magnésium. Elles résultent d'un taux de fusion partielle très important, que l'on n'observe plus aujourd'hui, de l'ordre de 50 %, ce qui nécessite une température de fusion d'environ 1.600 °C. En comparaison, les basaltes, qui sont créés par le même processus actuellement, sont associés à des températures de fusion bien plus faibles (1.250-1.350 °C). Ce sont des roches qui ne sont plus produites actuellement, leur observation étant limitée aux roches d'âge archéen. L'arrêt de leur formation serait lié à l'évolution de la chimie du manteau et à son refroidissement.

Les komatiites auraient ainsi pu représenter de 10 à 20 % de la surface continentale au début de l'Archéen. Cette abondance de roches ultramafiques aurait ainsi favorisé la production de H2 par la réaction de serpentinisation. Durant l'Archéen, le refroidissement graduel du manteau et la raréfaction de ces roches à la surface de la Terre auraient pu aider la survenue de la Grande Oxydation. Cependant, rien dans cette hypothèse n'a jamais été quantifié. Une nouvelle étude publiée dans Nature Communications fait donc le point sur cette suggestion en tentant d'estimer la consommation globale d'O2 attribuée au processus de serpentinisation avant l'épisode de la Grande Oxydation.  

L’oxygénation de l’atmosphère vient de la diminution du processus d’altération des komatiites

Les résultats obtenus par les chercheurs américains montrent que la serpentinisation est bien la clé de la forte production de H2 à cette époque. La consommation de O2 étant intrinsèquement liée à la production de H2, cela montre que l'abondance des roches ultramafiques durant l'Archéen et leur altération ont bien pu être la cause du faible taux d'O2 durant cette période géologique. L'épisode de la Grande Oxydation aurait suivi une baisse importante de la mise en place de komatiites sur les surfaces continentales, passant de 7 à 1 % entre 3 et 2,5 milliards d'années. En parallèle, il est très difficile d'estimer la quantité de roches ultramafiques formées sur la croûte océanique à cette époque si lointaine, la croûte océanique n'étant pas préservée plus de 200 millions d'années à cause du processus de subduction. Il reste donc très peu de traces de la composition de la croûte océanique de cette époque à l'heure actuelle. Les chercheurs estiment cependant que, même si l'effet de la présence de telles roches au fond des océans a pu participer à la production de H2 et donc à la consommation de O2, leur quantité n'a pas pu être suffisante pour être le facteur dominant.

Le boom d'oxygène dans l'atmosphère ne provient donc pas d'une source supplémentaire mais de la disparition d'un piège qui, jusque-là, captait l'O2 pour le stocker dans les roches altérées. Encore une fois, il est clair que les processus de surface et notamment les réactions d'altération chimique des roches sont capables d'influencer de manière significative la composition atmosphérique.


Source : Morgane Gillard / Futura
Crédit : Dales Gorge, CC by-sa 2.0

La Grande Oxydation correspond à un épisode d'oxydation du fer associé à une augmentation brutale du taux d'oxygène dans l'atmosphère il y a 2,4 milliards d'années. Ici, une formation rubanée riche en fer datant de l'Archéen et située dans le parc national de Katijini au nord-ouest de l'Australie-Occidentale.

L’altération des roches à l’origine de la composition de l’atmosphère terrestre Actualités

L’altération des roches à l’origine de la composition de l’atmosphère terrestre

Pour expliquer ce phénomène, les scientifiques suggèrent que la période précédant la Grande Oxydation aurait été dominée par des processus consommant du dioxygène plutôt que par des processus en produisant. La fin de l'Archéen aurait par contre représenté une période de diminution des capacités de stockage de ce gaz. En parallèle de l'augmentation des sources biologiques d'O2, cela aurait ainsi permis sa forte accumulation dans l'atmosphère.

Il est également possible que l'événement de la Grande Oxydation et la brutale augmentation du taux d'O2 dans l'atmosphère soient liés à un changement majeur dans la composition de la croûte terrestre. L'écorce de notre Planète a en effet un important potentiel de consommation d'oxygène via les réactions d'oxydation du fer qui se produisent durant le processus d'altération chimique des roches. La transition d'une croûte continentale composée majoritairement de roches mafiques riches en fer (comme le basalte), à une croûte continentale composée principalement de roches felsiques pauvres en fer (comme les granites) durant la période archéenne aurait ainsi résulté en une diminution de la capacité d'absorption de l'oxygène par la croûte, facilitant l'oxygénation de l'atmosphère.

L’importance du H2 et de l’altération des roches du manteau

Une autre réaction d'oxydation du fer peut se produire, et ce, sans la présence de dioxygène. Cette réaction se produit au contact avec l'eau (H2O) et produit notamment un gaz, le dihydrogène (H2). Cette réaction peut avoir lieu en milieu continental ou marin, au niveau de la croûte océanique. Le H2 produit par cette réaction d'altération va à son tour réagir avec le dioxygène libre pour former des molécules d'eau. Indirectement, cette réaction d'oxydation des roches riches en fer représente également un piège à O2, mais qui dépend cette fois de la quantité d'H2 disponible.

Une réaction d'altération par l'eau en particulier produit de grandes quantités de H2. Il s'agit de la serpentinisation des péridotites du manteau terrestre. Actuellement, ces roches ne se retrouvent à l'affleurement que dans des environnements tectoniques bien particuliers : au niveau des dorsales ultra-lentes, des marges continentales pauvres en magma, dans les zones de subduction et au niveau de structures ponctuelles exhumées que l'on appelle « core complexes » et que l'on peut trouver en milieu océanique ou continental. Car la présence de roches du manteau à la surface de la croûte terrestre requiert certaines conditions géodynamiques.

Normalement, lorsque ces roches remontent vers la surface, elles subissent ce que l'on appelle la fusion partielle. C'est ce processus qui génère du magma. En cristallisant, il va former les roches dites « mafiques » -- comme les basaltes et les gabbros -- qui, même si elles sont originaires du manteau, n'ont plus du tout la même composition. Exhumer une péridotite sans la faire fondre demande la mise en œuvre de processus très lents et froids, d'origine tectonique. Actuellement, même si la présence de péridotite serpentinisée est plus importante qu'on ne le pensait il y a quelques décennies, cela ne représente qu'une surface relativement faible à l'échelle de Terre (0,2 %).

L’abondance des komatiites, clé de l’énigme

Pourtant, cela semblerait avoir été différent durant le passé géologique de notre Planète. Les roches ultramafiques, avec des compositions proches de celles du manteau terrestre, comme les komatiites, auraient ainsi été bien plus fréquentes à la surface de la Terre. Les komatiites sont en effet des roches volcaniques contenant des olivines et du pyroxène, riches en magnésium. Elles résultent d'un taux de fusion partielle très important, que l'on n'observe plus aujourd'hui, de l'ordre de 50 %, ce qui nécessite une température de fusion d'environ 1.600 °C. En comparaison, les basaltes, qui sont créés par le même processus actuellement, sont associés à des températures de fusion bien plus faibles (1.250-1.350 °C). Ce sont des roches qui ne sont plus produites actuellement, leur observation étant limitée aux roches d'âge archéen. L'arrêt de leur formation serait lié à l'évolution de la chimie du manteau et à son refroidissement.

Les komatiites auraient ainsi pu représenter de 10 à 20 % de la surface continentale au début de l'Archéen. Cette abondance de roches ultramafiques aurait ainsi favorisé la production de H2 par la réaction de serpentinisation. Durant l'Archéen, le refroidissement graduel du manteau et la raréfaction de ces roches à la surface de la Terre auraient pu aider la survenue de la Grande Oxydation. Cependant, rien dans cette hypothèse n'a jamais été quantifié. Une nouvelle étude publiée dans Nature Communications fait donc le point sur cette suggestion en tentant d'estimer la consommation globale d'O2 attribuée au processus de serpentinisation avant l'épisode de la Grande Oxydation.  

L’oxygénation de l’atmosphère vient de la diminution du processus d’altération des komatiites

Les résultats obtenus par les chercheurs américains montrent que la serpentinisation est bien la clé de la forte production de H2 à cette époque. La consommation de O2 étant intrinsèquement liée à la production de H2, cela montre que l'abondance des roches ultramafiques durant l'Archéen et leur altération ont bien pu être la cause du faible taux d'O2 durant cette période géologique. L'épisode de la Grande Oxydation aurait suivi une baisse importante de la mise en place de komatiites sur les surfaces continentales, passant de 7 à 1 % entre 3 et 2,5 milliards d'années. En parallèle, il est très difficile d'estimer la quantité de roches ultramafiques formées sur la croûte océanique à cette époque si lointaine, la croûte océanique n'étant pas préservée plus de 200 millions d'années à cause du processus de subduction. Il reste donc très peu de traces de la composition de la croûte océanique de cette époque à l'heure actuelle. Les chercheurs estiment cependant que, même si l'effet de la présence de telles roches au fond des océans a pu participer à la production de H2 et donc à la consommation de O2, leur quantité n'a pas pu être suffisante pour être le facteur dominant.

Le boom d'oxygène dans l'atmosphère ne provient donc pas d'une source supplémentaire mais de la disparition d'un piège qui, jusque-là, captait l'O2 pour le stocker dans les roches altérées. Encore une fois, il est clair que les processus de surface et notamment les réactions d'altération chimique des roches sont capables d'influencer de manière significative la composition atmosphérique.


Source : Morgane Gillard / Futura
Crédit : Dales Gorge, CC by-sa 2.0

La Grande Oxydation correspond à un épisode d'oxydation du fer associé à une augmentation brutale du taux d'oxygène dans l'atmosphère il y a 2,4 milliards d'années. Ici, une formation rubanée riche en fer datant de l'Archéen et située dans le parc national de Katijini au nord-ouest de l'Australie-Occidentale.

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

11 - Aude

►Jusqu'au 21 septembre

EXPOSITION
"ESCALE EN MÉDITERRANÉE ROMAINE"
 
Après 10 années de recherches, et à travers plus de 150 objets archéologiques, l'exposition présente les principaux sites du système portuaire narbonnais, inscrit le port de Narbo Martius dans le réseau des ports de commerce romains de Méditerranée occidentale et détaille les activités et les métiers qui se développaient au sein de ce port. 

Musée Narbo Via
2 avenue André Mècle
11100 Narbonne
04 68 90 28 90
https://narbovia.fr

25 - Doubs

►Jusqu'au 30 avril 

EXPOSITION 
"URGENCE CARBONE"

Urgence Carbone, œuvre d’Iris Leroyer réalisée en charbon de bois, symbolise une Terre carbonisée, qui souligne notre inertie face aux dérèglements de notre planète, en péril. Cette œuvre entre ainsi en dialogue avec les projections en grand format des sites du patrimoine mondial dans le Centre de lumières. 

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

►Du 1er juin au 19 octobre

FESTIVAL DES JARDINS
"L'ÉCOLE BUISSONNIÈRE"

Pour sa 25ème édition, en famille, découvrez des jardins ludiques et interactifs pensés pour reconnecter les enfants à la nature et développer leurs sens. Une porte d’entrée sur le rêve et l’imaginaire. Bien plus qu’un jardin, une expérience.

 Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

26 - Drôme

►Le 29 mars

ATELIER VANNERIE SAUVAGE 

Découvrez l'art de la vannerie sauvage lors de notre session d'initiation animée par Christine Larat-Lini. Vannerie aléatoire à base de ronces, clématite et elaeagnus. 
Places limitées à 6. Tarif : aterier + visite du jardin 25 €. Matériel fourni. Réservation : boutique-erikborja.fr  

Jardin Zen d’Erik Borja
26600 Beaumont-Monteux
04 75 07 32 27 
www.erikborja.fr

31 - Haute-Garonne

►Le 27 avril

"JOURNÉE COCKPIT"
AILES ANCIENNES TOULOUSE

Les Ailes Anciennes organisent leur 1ère édition 2025 de la célèbre "Journée Cockpit". Cette année notre association a choisi de mettre à l’honneur l’aviation et l’automobile. Seront donc présents les membres de l’association « American Feeling Car Club » créée en 1989. Ces passionnés présenteront quelques-uns de leurs plus beaux véhicules américains à côté de nos aéronefs.

Ailes Anciennes Toulouse
Parking Site Aéroscopia - Allée André Turcat
31700 Blagnac
05 62 13 78 10
www.aatlse.org

38 - Isère

►Jusqu'au 30 mars 

EXPOSITION
"ARCABAS, L’ÉTOFFE HAUTE EN COULEUR"

Outre les toiles de jute et l’impression sur soie que l’on retrouve dans l’église de Saint-Hugues, l’exposition présente des objets textiles conçus par Arcabas. Dans son œuvre picturale dont certains tableaux sont également présentés, les motifs des costumes, les drapés témoignent d’une recherche plastique constante.

Musée arcabas en Chartreuse
Eglise de Saint-Hugues
38380 Saint-Pierre-de-Chartreuse
04 76 88 65 01
https://musees.isere.fr

52 - Haute-Marne

►Du 9 avril au 21 septembre

EXPOSITION
"AOTEAROA NOUVELLE-ZÉLANDE, LES PROTECTEURS DE L’ARCHE PERDUE"

Sabine Bernert vous guidera à la rencontre du rare Kakapo, ce perroquet nocturne au bord de l’extinction, de l’étonnant Kiwi et du mystérieux Tuatara, un reptile aux origines préhistoriques. À travers des récits émouvants et des témoignages inspirants, découvrez le combat quotidien de leurs protecteurs dévoués, déterminés à préserver ces trésors uniques. Un voyage entre légendes et réalités.

Musée de Saint-Dizier
17 rue de la Victoire 
52100 Saint-Dizier
03 25 07 31 50
www.saint-dizier.fr

62 - Pas-de-Calais

►Jusqu'au 4 avril

EXPOSITION
"CLUB DE PEINTURE DE BARLIN"

Au Musée Municipal Bruno Danvin, le Club de peinture de Barlin, animé par Laetitia Morez, expose 9 artistes (peinture, pastel, acrylique...).

Musée municipal Bruno Danvin
Rue Oscar Ricque
62130 Saint-Pol-sur-Ternoise
03 21 04 56 25 / 07 89 08 15 64 
www.saintpolsurternoise.fr

63 - Puy-de-Dôme

►Jusqu'au 18 mai

EXPOSITIONS
"Les extraordinaires aventures de Jean-Pierre Alibert" 
"Le Cabinet de Curiosités de Riom Limagne et Volcans" 
"Attention fragile !"

Le musée Mandet présente trois expositions inédites, mêlant art, histoire et sensibilisation environnementale. À travers ces expositions, vous découvrirez la richesse du monde animal, de l’héritage d’un aventurier du XIXe siècle et d’une création artistique participative unique inspirée des cabinets de curiosités.

Musée Mandet
14 rue de l’Hôtel de Ville
63200 Riom
04 73 38 18 53
www.rlv.eu/decouvrir/musees/musee-mandet-1

67 - Bas-Rhin

►Jusqu'au 6 avril

EXPOSITION PHOTOGRAPHIQUE
"MOSSI : UN VASE, DES SAVOIR-FAIRE"

Découvrez les différentes étapes de fabrication du vase Mossi au travers des images prises à la manufacture Lalique par Karine Faby, un des Meilleurs Ouvriers de France 2023 en photographie industrielle.

Musée Lalique
40 rue du Hochberg
67290 Wingen-sur-Moder
03 88 89 08 14
www.musee-lalique.com

►Du 31 mars au 6 avril

MUSÉE LALIQUE
"JOURNÉES EUROPÉENNES DES MÉTIERS D’ART"

Le Musée Lalique propose des démonstrations par des personnes travaillant à la cristallerie, personnalisation d’objets achetés en boutique via une petite gravure et un jeu inédit pour tenter de gagner une visite de la manufacture ! Un atelier satinage à partir de 7 ans les 5 et 6 avril. 

Musée Lalique
40 rue du Hochberg
67290 Wingen-sur-Moder
03 88 89 08 14
www.musee-lalique.com

71 - Saône-et-Loire

►Du 19 avril au 4 mai

"ATELIERS VACANCES DE PRINTEMPS"
LA MAISON DU CHAROLAIS

Des ateliers pour toute la famille : le hamburger du printemps avec une recette de pain vert, de fleurs et de feuilles avec une recette surprise, les petits artistes pourront se divertir avec l’atelier la "charolaise prend des couleurs" et la "charolaise en pointillés", et pour les amateurs de suspens, la chasse au trésor.

La Maison du Charolais
43 route de Mâcon
71120 Charolles
03 85 88 04 00
https://www.maison-charolais.com

75 - Paris

►Jusqu'au 31 août

EXPOSITION
"ALFRED DREYFUS. VÉRITÉ ET JUSTICE"

Le mahJ revient sur "l’Affaire" pour rappeler les grandes étapes de ce moment crucial de l’histoire de France. L'exposition révèle le combat acharné de Dreyfus pour faire éclater la vérité, corrigeant l'image d'un homme spectateur de la machination qui le conduisit à passer plus de quatre années à l'île du Diable et encore sept à lutter pour sa réhabilitation. 

Musée d’art et d’histoire du Judaïsme
71 rue du Temple
75001 Paris
01 53 01 86 53
www.mahj.org

►Du 8 avril au 31 juillet

EXPOSITION
"CLEMENCEAU ET BERTA ZUCKERKANDL"

Le musée Clemenceau invite le public à découvrir sa nouvelle exposition-focus Clemenceau, Berta Zuckerkandl, une amitié autour de l’art entre Vienne et Paris. À cette occasion, le musée présente deux dessins de Rodin issus de ses collections ainsi qu'un portrait inédit de Sophie Clemenceau, soeur de Berta et épouse du frère de Georges, Paul, réalisé par Eugène Carrière.

Musée Clemenceau
8 rue Benjamin Franklin
75116 Paris
01 45 20 53 41
https://musee-clemenceau.fr

►Jusqu'au 11 mai 

EMPREINTE CARBONE, L'EXPO !

Conçue pour un public familial et articulée en trois parties, Empreinte carbone, l’expo ! vise à déconstruire les présupposés et les idées reçues sur notre empreinte carbone, à en examiner les mécanismes et à proposer aux visiteurs un espace de réflexion sur les actions à mener face au défi du changement climatique. 

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

►Jusqu'au 16 novembre 

EXPOSITION
"PAULA PADANI. LA DANSE MIGRANTE : HAMBOURG, TEL-AVIV, PARIS"

L’exposition retrace le parcours méconnu de la danseuse Paula Padani (1913-2001) à travers plus de 250 photographies, affiches, documents et costumes. Par sa vision du mouvement comme force de vie, par sa capacité de rebond entre plusieurs pays et cultures, elle aura frayé de nouvelles routes pour son art et joué un rôle pionnier dans l’émergence de la danse contemporaine israélienne. 

Musée d’art et d’histoire du Judaïsme
71 rue du Temple
75001 Paris
01 53 01 86 53
www.mahj.org

84 - Vaucluse

►Jusqu'au 10 juin

EXPOSITIONS
"CIRCUIT COURT & DÉTOURS"

Une exposition sous le signe du "local", et du mouvement. Paysages, scènes de la vie quotidienne, portraits et natures mortes, peintres des 19e et 20e siècles liés à Avignon ou sa région, œuvres issues de collections particulières des environs d'Avignon et du musée Vouland. 

Musée Louis Vouland
17 rue Victor-Hugo
84000 Avignon
04 90 86 03 79
www.vouland.com

►Jusqu'au 10 juin

EXPOSITIONS
JEAN-PIERRE GRAS (1879-1964)

Sculpteur et peintre avignonnais, Jean-Pierre Gras est le fils du félibre Félix Gras. Élève de Pierre Grivolas proche de nombreux artistes de la « nouvelle école d’Avignon », il est membre du Groupe des Treize.

 Musée Louis Vouland
17 rue Victor-Hugo
84000 Avignon
04 90 86 03 79
www.vouland.com

►Jusqu'à mars 2026

EXPOSITION
"LES VOYAGES"

L'exposition Centenaire Robert Laurent-Vibert donne un aperçu de son héritage à travers sa collection privée sur le thème du voyage. L'exposition présente cartographies et livres de voyage du XVIe au XVIII siècles, les peintures de Pierre Beppi-Martin et Charles Martel, ainsi que les photographies de Mohamed Mahdy et Clément Chapillon.

Château de Lourmarin
2 avenue Laurent Vibert
84160 Lourmarin
04 90 68 15 23
www.chateaudelourmarin.com

Lieux:
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