ANR H-DEEP-ISO

Résumé du projet

L’hydrogène est l’élément le plus abondant du système solaire. Sur Terre, il a formé l’eau, H2O, constituant les océans par dégazage de l’intérieur profond de la Terre. L’hydrogène est également une impureté protonique omniprésente dans les minéraux nominalement anhydres (NAMs) composant le manteau supérieur de la Terre. En outre, il joue un rôle essentiel dans la géodynamique en réduisant la température de fusion et la viscosité des roches du manteau terrestre, accélérant la convection. La présence d’H dans les roches primordiales qui ont construit notre planète permet d’estimer que trois à sept fois la masse d’eau actuelle de nos océans est stockée dans les profondeurs de la Terre. Afin de pouvoir comprendre et prédire le devenir des océans, l’évolution de la composition isotopique de leur hydrogène (rapport D/H, c’est-à-dire le rapport entre la concentration de l’isotope lourd, le deutérium, et celle de l’isotope léger, le protium) est un outil fondamental. L’évolution du volume et de la composition isotopique du réservoir océanique résulte de divers processus impliquant une fuite d’hydrogène vers l’espace (qui entraîne une perte préférentielle de l’isotope le plus léger), un dégazage volcanique (qui remplit l’hydrosphère) et un enfouissement de l’eau dans le manteau (qui appauvrit l’hydrosphère). La quantité d’eau potentiellement stockée dans les profondeurs de la Terre à l’intérieur des NAMs dépassant la masse des océans de surface, le manteau contrôle donc la masse et la composition de l’hydrogène océanique. Afin de modéliser le cycle de l’Hydrogène profond, il est crucial de connaître la distribution et le fractionnement de l’H entre les différents réservoirs. Et de telles données, représentatives de ce qui se passe à grande profondeur dans le manteau, ne peuvent être obtenues qu’en réalisant des expériences à haute pression et haute température, combinées à des analyses très fines pour quantifier la spéciation et la composition isotopique de l’hydrogène. L’originalité de ce projet réside dans la recherche de nouvelles spéciations de l’hydrogène dans les minéraux du manteau profond, et dans la révision du mécanisme fondamental de fractionnement des isotopes de l’hydrogène dans la Terre profonde.
Le projet H-DEEP-ISO rassemble des minéralogistes et géochimistes français de renom issus de trois laboratoires différents, apportant leur expertise complémentaire pour contraindre les propriétés (stockage, spéciation, fractionnement isotopique et mobilité) de l’H dans les minéraux du manteau. Les résultats permettront de contraindre le cycle profond de l’hydrogène sur Terre et le devenir des océans. Les membres de l’équipe H-DEEP-ISO partageront leurs outils (dispositif multi-enclumes, presse Paterson, installation Raman) pour réaliser des expériences de pointe reproduisant la Terre profonde et développer de nouvelles méthodes spectroscopiques pour détecter et contraindre la spéciation de H dans les minéraux du manteau avec une haute résolution spatiale. Le succès du projet repose également sur la grande collection d’échantillons qui permettra d’étudier l’hydrogène dans les échantillons naturels. Le projet développera et combinera de nouveaux outils à l’échelle nationale, tels que des techniques spectroscopiques et des techniques de spectrométrie de masse, afin d’améliorer les mesures isotopiques D/H sur de petits échantillons synthétisés à haute pression et sur des échantillons naturels. Les résultats attendus jetteront les bases d’une meilleure compréhension du cycle profond de l’H avec des implications pour le devenir des océans.

Liste des membres du LGL-TPE impliqués :

• Bruno Reynard (co-PI)
• Gilles Montagnac,
• Hervé Cardon,
• Clémentine Fellah