– Geocarbons

"Contexte scientifique Les matières organiques (MO) sont couramment observées dans les roches, notamment celles d'origine sédimentaire. Ces MO ont été largement étudiées en Sciences de la Terre et en chimie, et sont maintenant reconnues comme des acteurs importants, voire des traceurs, des processus géologiques. Ces processus sont d'intérêt économique (genèse des hydrocarbures) ou général (cycle biogéochimique du carbone, origine de la vie), ou concernent des thématiques plus spécifiques (diagenèse, métamorphisme). Une originalité majeure des MO réside dans leur variété illimitée de chimie et de structure, depuis des matériaux quasi-amorphes jusqu'au graphite cristallin voire le diamant. Cette diversité chimique et structurale est non seulement le fruit de la diversité d'origine, biogénique ou non, mais enregistre aussi les conditions thermodynamiques (pression P, température T, temps t) sous lesquelles ces MO ont évolué. - A partir d'une étude couplée de leur structure et de leur chimie, nous proposons d'étudier les processus de fossilisation et les conditions de préservation de la MO durant la diagenèse avancée et le métamorphisme. Nous souhaitons réaliser une étude structurale multi-échelle de fossiles d'origine biogénique sûre et qui ont subi des histoires diagénétiques et/ou métamorphiques connues. Nous étudierons la fraction organique de ces fossiles mais aussi de possibles interactions avec les minéraux en utilisant des techniques de caractérisation in situ préservant l'information texturale. En parallèle, nous réaliserons une étude expérimentale des processus naturels afin de mieux appréhender le rôle respectif des paramètres P, T, t et/ou chimie (précurseur, fluide). L'objectif est d'identifier des critères de biogénicité chimiques (molécules, groupes fonctionnels) ou structuraux (biominéralisations...) mais aussi les conditions de leur préservation. - Par ailleurs, nous souhaitons explorer les potentialités des transformations des MO à basse T (carbonification) comme géothermomètres quantitatifs du métamorphisme basse T (T<300°C). Le degré de graphitisation estimé par spectroscopie Raman des MO (thermométrie RSCM) est un thermomètre sensible du pic de métamorphisme à des températures plus élevées (300-700°C). Des observations récentes suggèrent que nous pourrions étendre la calibration de ce géothermomètre vers les basses T. Nous souhaitons, de plus, réaliser une étude expérimentale de la cinétique sous P et T des transformations impliquées. - - Cibles naturelles La sélection des échantillons naturels est critique pour le succès de ce projet. Pour la partie fossilisation, nous avons identifié plusieurs cibles ayant une histoire géologique connue (Alpes, Corse et Alsace) et représentant des conditions métamorphiques variées. Nous souhaitons aussi appliquer notre approche aux Schistes de Burgess (Canada), emblématiques pour les paléontologues et qui sont maintenant reconnus comme métamorphiques. Pour la thermométrie RSCM, nous compléterons en Suisse notre échantillonnage Alpin déjà existant. Nous étudierons aussi de nouveaux échantillons provenant du complexe Franciscain (Californie), de forages profonds dans le golfe du Mexique (Texas), des Alpes du Sud de Nouvelle Zélande et du Moyen Pays Himalayen (Népal). - - Aspects méthodologiques Une caractérisation multi-échelle systématique de la chimie et de la structure de la MO et minéraux associés sera réalisée pour les fossiles et leurs analogues expérimentaux. Nous combinerons des observations à l'échelle nanométrique (Microscopie Electronique par Transmission, Microscopie X au synchrotron) et micrométrique (Raman, Microscopie Electronique à Balayage) avec des observations moyennes (infrarouge, diffraction des rayons X). Nous solliciterons aussi l'utilisation des instruments nationaux INSU pour la géochimie isotopique. Pour la thermométrie RSCM, nous étudierons en détail les procédures de décomposition des spectres Raman pour obtenir une information quantitative fiab...