Apport de la géochimie isotopique du Nickel à l'étude des dépôts métallifères océaniques

Les explorations scientifiques menees depuis une quarantaine d’annees ont permis d'identifier la diversite et la complexite des processus geologiques et geochimiques conduisant a la concentration des metaux dans les grands fonds oceaniques. Les depots metalliferes riches en hydroxydes de Fer et de Manganese, tels que les encroutements hydrogenetiques et hydrothermaux et les nodules polymetalliques, presentent des enrichissements varies en elements d'interets economiques tels que le Ni, Cu, Co, Te, Pt et les Terres Rares. Bien que la mineralogie et la geochimie de ces depots aient ete largement etudiees dans la litterature, les sources de metaux restent encore mal determinees. Par consequent, comprendre la geochimie de ces depots implique d’une part, de connaitre les processus participant a leur genese, et d’autre part d’avoir de meilleures connaissances sur les sources impliquees (par ex. flux continental et hydrothermal) et leur importance dans les grands cycles biogeochimiques des metaux dans les oceans. Afin d’apporter de nouveaux elements de reponse, notre approche a consiste a utiliser les compositions isotopiques des metaux comme traceurs biogeochimiques. Ce projet est structure autour de deux hypotheses, (1) le developpement et l’utilisation d’un nouveau outil geochimique que sont les isotopes du Ni pour tracer les sources et les processus d’enrichissements en metaux dans les depots metalliferes oceaniques ; (2) la combinaison de plusieurs systemes isotopiques tels que Fe, Pb, Cu et Zn (et Ni) dans les encroutements de fer-manganese comme proxy de la composition isotopique de l’eau de mer profonde. Apres avoir developpe une methode d’analyse des isotopes du Ni par MC-ICP-MS et estime la variabilite isotopique du Ni dans les systemes naturels par la caracterisation des grands reservoirs terrestres, nous avons evalue experimentalement le fractionnementisotopique du Ni lors de son adsorption sur les oxyhydroxydes de Fe et Mn comme analogue a ce qui pourrait se produire dans les depots de Fe-Mn naturels. Les resultats indiquent que lors de l’adsorption du Ni, la phase solide est enrichie en isotopes legers par rapport a la solution avec des facteurs de fractionnement (Δ60/58Nimin/sol) variant de -1 ‰ pour la birnessite, -0.9 ‰ pour la goethite et -0.4 ‰ pour la ferrihydrite. A partir de ces resultats et d’autres etudes recentes, nous avons pu appuyer l’hypothese selon laquelle d’un point de vue global la variabilite isotopique du Ni dans les depots metalliferes oceaniques riches en Fe et Mn s’explique par des processus d’enrichissement et de formation lors de l’incorporation des metaux dans les phases minerales de Fe et Mn plutot que par des variations des compositions isotopiques des sources. Ainsi les encroutements hydrogenetiques formes lentement a partir de l’eau de mer ne montrent pas de fractionnement isotopique du Ni, tandis que les depots hydrothermaux formes par des processus rapides lies aux apports hydrothermaux montrent des fractionnements du Ni plus importants. Puis, afin d’evaluer la possibilite d’utiliser les signatures isotopiques du Ni comme nouveaux traceurs paleoceanographiques, nous avons mene une etude comparative sur des encroutements collectes dans le Pacifique Nord (proche de Hawaii) et le Pacifique Sud (proche de Tahiti). Dans ce contexte, les ncroutements de fer-manganese formes par precipitation tres lente de l’ordre de quelques mm/Ma entre 1500 et 3000 m de profondeur, fournissent un enregistrement de plusieurs millions d’annees des metaux dissous dans l’eau de mer. Apres avoir realise une etude mineralogique et geochimique (elements majeurs et traces) et calibre les taux de croissance des encroutements, nous avons mesure pour la premiere fois les compositions isotopiques du Ni, Fe, Zn, Cu et Pb sur la meme serie temporelle.