Le cycle biogéochimique précoce de l’azote : un éclairage sur la temporalité et les modalités d’oxygénation de la Terre

Début de thèse : octobre 2020

Financement : contrat doctoral

Directeur : Christophe Thomazo (Biogéosciences) ; co-directrice : Magali Ader (IPGP)

Soutenance le 30 mai 2024

Résumé

Mes travaux de thèse explorent la transition d’un océan anoxique à un océan oxygéné, au cours de l’Archéen (4.0-2.5 milliards d’années, Ga). Ils visent à préciser la temporalité, les modalités et les moteurs de l’oxygénation des océans, en utilisant la signature isotopique en azote préservée dans les roches sédimentaires (δ¹⁵N_sed), marqueur permettant d’identifier les changements de l’état d’oxydation des océans en lien avec l’évolution de la biosphère. En ciblant trois sites d’étude âgés de 3,4 à 2,5 Ga et représentatifs de différents environnements de dépôt, les données de cette thèse améliorent notre compréhension de la dynamique du cycle biogéochimique de l’azote dans trois contextes clé. Le dépôt sédimentaire du Buck Reef Chert (3,4 Ga, Afrique du Sud) est l’un des premiers enregistrements de la dynamique du cycle de l’azote en conditions anoxiques et ferrugineuses, représentatives de nombreux environnements sédimentaires du début de l’Archéen. La formation de Serra Sul (2,7 Ga, Brésil) met en évidence la production d’oxygène par photosynthèse oxygénique plus de 200 millions d’années avant le Grand Évènement d’Oxygénation (~2.4 Ga). Enfin, les carbonates du Malmani Subgroup (2,5 Ga, Afrique du Sud), montrent que les niches identifiées comme préférentielles pour le développement des premiers écosystèmes aérobies ne sont pas nécessairement représentatives de l’oxygénation globale de la colonne d’eau.

Dans l’ensemble, ces travaux confirment que les isotopes de l’azote constituent un outil puissant pour enregistrer à la fois l’oxygénation globale des océans et des processus biologiques locaux. Néanmoins, elle identifie des lacunes dans les interprétations actuelles de la signature isotopique en azote, et propose un cadre incluent la lithologie, le métamorphisme et les isotopes du carbone de la matière organique pour guider son interprétation future en termes d’oxygénation des paléoenvironnements.

Mots-clés

géochimie, Terre primitive, isotopes de l’azote, Archéen, oxygénation, roches sédimentaires

Comité de suivi de thèse

Pierre Cartigny (IPGP)
Jean-François Deconinck (Biogéosciences)

Composition du jury

Eva E. Stuëken, université de St Andrews – rapportrice
Kevin Lepot, université de Lille – rapporteur
Emmanuelle Vennin, université de Bourgogne – examinatrice
Daniele L. Pinti, université du Québec à Montréal – examinateur
Pierre Cartigny, université Paris Cité – examinateur
Christophe Thomazo, université de Bourgogne – directeur de thèse
Magali Ader, université Paris Cité – co-directrice de thèse
Pascal Philippot, université de Montpellier – invité

extrait:

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Le cycle biogéochimique précoce de l’azote : un éclairage sur la temporalité et les modalités d’oxygénation de la Terre

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octobre 2020

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Le cycle biogéochimique précoce de l’azote : un éclairage sur la temporalité et les modalités d’oxygénation de la Terre

Début de thèse : octobre 2020

Financement : contrat doctoral

Directeur : Christophe Thomazo (Biogéosciences) ; co-directrice : Magali Ader (IPGP)

Soutenance le 30 mai 2024

 

Résumé

Mes travaux de thèse explorent la transition d'un océan anoxique à un océan oxygéné, au cours de l’Archéen (4.0-2.5 milliards d’années, Ga). Ils visent à préciser la temporalité, les modalités et les moteurs de l'oxygénation des océans, en utilisant la signature isotopique en azote préservée dans les roches sédimentaires (δ¹⁵N_sed), marqueur permettant d’identifier les changements de l’état d’oxydation des océans en lien avec l'évolution de la biosphère. En ciblant trois sites d’étude âgés de 3,4 à 2,5 Ga et représentatifs de différents environnements de dépôt, les données de cette thèse améliorent notre compréhension de la dynamique du cycle biogéochimique de l’azote dans trois contextes clé. Le dépôt sédimentaire du Buck Reef Chert (3,4 Ga, Afrique du Sud) est l'un des premiers enregistrements de la dynamique du cycle de l’azote en conditions anoxiques et ferrugineuses, représentatives de nombreux environnements sédimentaires du début de l’Archéen. La formation de Serra Sul (2,7 Ga, Brésil) met en évidence la production d'oxygène par photosynthèse oxygénique plus de 200 millions d’années avant le Grand Évènement d’Oxygénation (~2.4 Ga). Enfin, les carbonates du Malmani Subgroup (2,5 Ga, Afrique du Sud), montrent que les niches identifiées comme préférentielles pour le développement des premiers écosystèmes aérobies ne sont pas nécessairement représentatives de l'oxygénation globale de la colonne d'eau.

Dans l'ensemble, ces travaux confirment que les isotopes de l’azote constituent un outil puissant pour enregistrer à la fois l’oxygénation globale des océans et des processus biologiques locaux. Néanmoins, elle identifie des lacunes dans les interprétations actuelles de la signature isotopique en azote, et propose un cadre incluent la lithologie, le métamorphisme et les isotopes du carbone de la matière organique pour guider son interprétation future en termes d’oxygénation des paléoenvironnements.

 

Mots-clés

géochimie, Terre primitive, isotopes de l’azote, Archéen, oxygénation, roches sédimentaires

 

Comité de suivi de thèse

Pierre Cartigny (IPGP)
Jean-François Deconinck (Biogéosciences)

 

Composition du jury

Eva E. Stuëken, université de St Andrews – rapportrice
Kevin Lepot, université de Lille – rapporteur
Emmanuelle Vennin, université de Bourgogne – examinatrice
Daniele L. Pinti, université du Québec à Montréal – examinateur
Pierre Cartigny, université Paris Cité – examinateur
Christophe Thomazo, université de Bourgogne - directeur de thèse
Magali Ader, université Paris Cité - co-directrice de thèse
Pascal Philippot, université de Montpellier - invité