Les isotopes du bore dans les carbonates comme proxy du paléo-pH océanique: les fondamentaux revisités – CARBORIC

Un défi scientifique majeur reste la reconstruction des teneurs en CO2 des atmosphères passées, ou, ce qui l’approche, du pH des océans. La composition isotopique du bore dans les carbonates marins a été proposée comme un marqueur du pH des océans anciens il y a près de 20 ans. Depuis ce temps, une abondante littérature s’est constituée sur l’utilisation pratique des isotopes du bore pour reconstituer les conditions anciennes d’acidité océanique et les teneurs passées de gaz carbonique de l’atmosphère. De nombreuses courbes empiriques ont été publiées reliant abondance des isotopes du bore dans les coraux et pH. Celles ci sont différentes selon les types de carbonates étudiés et sont dépendantes des espèces vivantes fabriquant ces carbonates. Il est clair qu’aujourd’hui, l’utilisation des isotopes du bore dans les calcaires comme traceur de paleo-pH est limitée par notre pauvre connaissance des modes d’incorporation de cet élément dans la structure du carbonate et des fractionnements isotopiques associés. Il est presque incroyable que certaines hypothèses ou que certains paramètres validant cette “théorie du paleo-pH” n’aient pas été plus regardés en 20 ans. L'objectif de ce projet est de revisiter les principales hypothèses sous-jacentes à la théorie du paléo-pH et de comprendre les mécanismes fondamentaux de l’incorporation du bore dans les calcaires. A cette fin, 6 équipes internationalement reconnues pour leur expertise se regroupent et créent une équipe pluridisciplinaire à même de résoudre ce problème. L’équipe associe des isotopistes (utilisant différentes techniques de spectrométrie de masse), des expérimentateurs, des physiciens de la RMN du solide et un théoricien du calcul ab-initio. L’équipe est constituée de scientifiques de renom international.
Le projet s’articule autour de 5 tâches. La première propose deux nouveaux dispositifs expérimentaux permettant de déterminer précisément le fractionnement isotopique entre les deux espèces du bore en solution, un paramètre fondamental dans la compréhension des mécanismes de coprécipitation du bore dans les solides. La tâche 2 est un dispositif expérimental original et rigoureux permettant de mesurer les fractionnements isotopiques du bore lors de la précipitation inorganique de carbonate et de modéliser ces résultats. La tâche 3 propose de travailler sur ce problème de l’hétérogénéité de la composition isotopique du bore dans les carbonates en comparant des techniques isotopiques « échantillonnant » différentes échelles. Nous proposons d’évaluer comment la variabilité isotopique qui est mesurée à l’échelle microscopique se résout lorsque l’échelle d’analyse augmente. Cette approche est fondamentale pour comprendre ce que la mesure de la composition isotopique d’un carbonate signifie. La tâche 4 propose de travailler sur la variabilité naturelle des eaux de mer, aussi bien dans l’espace océanique que dans le temps en se fixant d’atteindre des précisions importantes et nécessaires pour ne pas mésinterpréter le signal isotopique des carbonates. Enfin la tâche 5 propose une application à des échantillons naturels récents provenant de divers sites de l’Atlantique Nord et ayant été soumis à l’acidification d’origine anthropique.
A travers l’étude interdisciplinaire que nous proposons, nous sommes optimistes pour faire avancer significativement un problème scientifique important du point de vue de ses applications. Ce projet aura des applications (qu’il ne propose pas de couvrir ici) sur l’étude des environnements anciens, sur la biominéralisation et les sur les interactions eaux roches.