Composition isotopique du fer de la pyrite : proxy de l’état rédox des océans anciens ou de leur composition en éléments traces ? – PYRISOFE

La composition élémentaire et isotopique des pyrites sédimentaires est couramment utilisée pour retracer l'évolution de la chimie de l'océan et de son état rédox au cours des temps géologiques. Plus particulièrement, les isotopes du fer de la pyrite semblent tracer l’état redox des océans anciens en réponse à l’augmentation progressive du niveau d'oxygène dans l’atmosphère archéenne et paléoprotérozoïque. Cependant, l’interprétation de ces signatures isotopiques est grandement débattue en raison d’une connaissance limitée des mécanismes et des cinétiques de formation de la pyrite. A ce sujet, nous avons récemment démontré que la présence d’éléments traces métalliques (ETM) modifiait considérablement la cinétique de nucléation de la pyrite, ce qui a probablement d’importantes conséquences sur les signatures isotopiques. Ce résultat est d’autant plus important que l’océan archéen était enrichi en de nombreux éléments (Ni, Co, As, Au, …) par rapport à l’océan actuel. Le projet PYRISOFE vise à quantifier et à rationaliser l’influence de ces ETM sur chacune des étapes cristallochimiques de la formation de la pyrite via divers chemins réactionnels et en particulier sur le fractionnement isotopique du fer de la pyrite résultant.
Pour atteindre cet objectif, nous combinerons les mesures de fractionnement isotopique entre fer solide et aqueux avec la détermination à l’échelle moléculaire de la structure et de la cristallochimie des phases solides et colloïdales correspondantes. Cela sera fait sur les précurseurs et les intermédiaires de réaction au cours d'expériences biotiques et abiotiques de synthèse de pyrite en présence d'éléments traces. Les mesures expérimentales seront appuyées par des calculs ab initio qui contribueront à l’identification précise des phases présentes et de leur interaction à l’échelle moléculaire avec les ETM étudiés. De plus, le calcul ab initio des facteurs de fractionnement isotopique nous permettra de comprendre l'influence relative de la cinétique et de l'équilibre sur le fractionnement isotopique du Fe observé. La confrontation des données expérimentales et théoriques indiquera également si un rééquilibrage du signal isotopique du Fe de la pyrite avec la solution environnante se produit au cours des processus diagénétiques et aidera à quantifier ce rééquilibrage. Ces travaux permettront d’apporter un éclairage nouveau sur l'interprétation des enregistrements isotopiques dans les pyrites sédimentaires. L’accent sera mis en particulier sur la remarquable acquisition de signatures isotopiques très légères juste avant la Grande Oxygénation (GOE, ~2.4 Ga), qui a profondément marqué l'évolution de la vie sur Terre.