Diversité et origine des carbonates dans un système continental boosté par du CO2 volcanique : l’exemple moderne de la lagune de Pastos Grandes (Altiplano bolivien)

Soutenance le 4 décembre 2020

Financement : Total

Directrice : Emmanuelle Vennin ; coencadrant : Christophe Durlet

Début de thèse : février 2017

Résumé

La production de carbonates sédimentaires en domaine continental est fréquemment issue du recyclage (e.g. dissolution) de carbonates anciens présents en surface ou en profondeur, libérant les éléments chimiques nécessaires à leur précipitation (e.g. Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, HCO₃^–), en complément de l’incorporation de carbone atmosphérique. En l’absence de carbonates anciens, les carbonates continentaux peuvent être produits par l’altération superficielle à profonde de roches magmatiques et mantelliques. D’importantes productions de ce type sont évoquées pour le Précambrien, où les roches sédimentaires carbonatées étaient encore rares, ou pour des périodes plus récentes à fort taux de création et altération de croute océanique. Mais de nos jours, le développement de carbonates sédimentaires en environnement purement volcanique produit rarement d’important volume. La caldeira volcanique de Pastos Grandes (Bolivie; 4450 m d’altitude) fait figure d’exception. Démunie de carbonates anciens dans son bassin versant et a priori dans son substratum, des dépôts carbonatés diversifiés se forment au sein d’un vaste système palustro-lacustre (120 km²), grâce au carbone et au calcium a priori apportés par des sources hydrothermales. Toutefois, les rares études la concernant n’ont ni documenté de manière exhaustive la diversité des dépôts sédimentaires, ni caractérisé la provenance des éléments chimiques. Pour combler ces manques, une approche pluridisciplinaire a été développée avec (i) une cartographie et description des dépôts holocènes à actuels, (ii) l’analyse hydrochimique des fluides parents, et (iii) des analyses minéralogiques, isotopiques et élémentaires des carbonates (et argiles) produits. Les résultats montrent que les carbonates de Pastos Grandes résultent de calcium issu de l’altération des roches volcaniques sous-jacentes et de carbone provenant de remontées de CO₂ volcanique et mantellique, constituant un dopage efficace pour la production carbonatée. Les macrofaciès calcitiques très diversifiés, avec des microbialites, des concrétions et des boues, résultent de différents milieux sédimentaires palustres et lacustres, influencés par trois pôles hydrochimiques : (i) les systèmes hydrothermaux ; (ii) les piscines éphémères à pérennes alimentées par un mélange d’eau d’origine hydrothermal et météorique ; (iii) le lac central éphémère alimenté par des eaux météoritiques où dominent les évaporites. Les valeurs de δ¹³C et δ¹⁸O de ces carbonates présentent de fortes variations, avec une amplitude très élevée, non documentées dans les autres systèmes continentaux actuels. La diversité morphologique et isotopique est expliquée par l’action de plusieurs facteurs : (1) la composition chimique et isotopique initiale des trois pôles hydrochimiques ; (2) un climat aride de haute altitude soumis au vent, à l’évaporation, et aux variations de température; (3) des tapis microbiens diversifiés, plus ou moins minéralisés, et influencés par leur environnement. L’évolution temporelle des processus est aussi abordée grâce à l’étude de carbonates holocènes. Pendant les épisodes climatiques plus humides, démontrés ailleurs sur l’Altiplano, la sédimentation carbonatée se produit dans un contexte lacustre, sous une faible tranche d’eau, ponctuée d’évents hydrothermaux actifs. Les valeurs isotopiques plus faibles de δ¹⁸O des carbonates modernes et Holocène de Pastos Grandes sont interprétées comme le résultat d’un faible temps de résidence de l’eau, induit par des pertes souterraines.

Mots-clés

carbonates continentaux, CO₂, hydrologie, géochimie, Altiplano bolivien

Membres du jury

Anneleen Foubert (université de Fribourg, Suisse), rapporteur
Daniel Aritzegui (université de Genève, Suisse), rapporteur
Eric Verrechia (université de Lausanne, Suisse), examinateur
Emmanuelle Vennin (université Bourgogne Franche-Comté),
directrice de thèse
Christophe Durlet (université Bourgogne Franche-Comté),
co-directeur de thèse
Eric Gaucher (Total SA, CSTJF, Pau), invité
Aurélien Virgone (Total SA, CSTJF, Pau), invité

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Diversité et origine des carbonates dans un système continental boosté par du CO2 volcanique : l’exemple moderne de la lagune de Pastos Grandes (Altiplano bolivien)

 

Soutenance le 4 décembre 2020

Financement : Total

Directrice : Emmanuelle Vennin ; coencadrant : Christophe Durlet

Début de thèse : février 2017

 

Résumé

La production de carbonates sédimentaires en domaine continental est fréquemment issue du recyclage (e.g. dissolution) de carbonates anciens présents en surface ou en profondeur, libérant les éléments chimiques nécessaires à leur précipitation (e.g. Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, HCO₃^-), en complément de l’incorporation de carbone atmosphérique. En l’absence de carbonates anciens, les carbonates continentaux peuvent être produits par l’altération superficielle à profonde de roches magmatiques et mantelliques. D’importantes productions de ce type sont évoquées pour le Précambrien, où les roches sédimentaires carbonatées étaient encore rares, ou pour des périodes plus récentes à fort taux de création et altération de croute océanique. Mais de nos jours, le développement de carbonates sédimentaires en environnement purement volcanique produit rarement d’important volume. La caldeira volcanique de Pastos Grandes (Bolivie; 4450 m d’altitude) fait figure d’exception. Démunie de carbonates anciens dans son bassin versant et a priori dans son substratum, des dépôts carbonatés diversifiés se forment au sein d’un vaste système palustro-lacustre (120 km²), grâce au carbone et au calcium a priori apportés par des sources hydrothermales. Toutefois, les rares études la concernant n’ont ni documenté de manière exhaustive la diversité des dépôts sédimentaires, ni caractérisé la provenance des éléments chimiques. Pour combler ces manques, une approche pluridisciplinaire a été développée avec (i) une cartographie et description des dépôts holocènes à actuels, (ii) l’analyse hydrochimique des fluides parents, et (iii) des analyses minéralogiques, isotopiques et élémentaires des carbonates (et argiles) produits. Les résultats montrent que les carbonates de Pastos Grandes résultent de calcium issu de l’altération des roches volcaniques sous-jacentes et de carbone provenant de remontées de CO₂ volcanique et mantellique, constituant un dopage efficace pour la production carbonatée. Les macrofaciès calcitiques très diversifiés, avec des microbialites, des concrétions et des boues, résultent de différents milieux sédimentaires palustres et lacustres, influencés par trois pôles hydrochimiques : (i) les systèmes hydrothermaux ; (ii) les piscines éphémères à pérennes alimentées par un mélange d’eau d’origine hydrothermal et météorique ; (iii) le lac central éphémère alimenté par des eaux météoritiques où dominent les évaporites. Les valeurs de δ¹³C et δ¹⁸O de ces carbonates présentent de fortes variations, avec une amplitude très élevée, non documentées dans les autres systèmes continentaux actuels. La diversité morphologique et isotopique est expliquée par l’action de plusieurs facteurs : (1) la composition chimique et isotopique initiale des trois pôles hydrochimiques ; (2) un climat aride de haute altitude soumis au vent, à l’évaporation, et aux variations de température; (3) des tapis microbiens diversifiés, plus ou moins minéralisés, et influencés par leur environnement. L’évolution temporelle des processus est aussi abordée grâce à l’étude de carbonates holocènes. Pendant les épisodes climatiques plus humides, démontrés ailleurs sur l’Altiplano, la sédimentation carbonatée se produit dans un contexte lacustre, sous une faible tranche d’eau, ponctuée d’évents hydrothermaux actifs. Les valeurs isotopiques plus faibles de δ¹⁸O des carbonates modernes et Holocène de Pastos Grandes sont interprétées comme le résultat d’un faible temps de résidence de l’eau, induit par des pertes souterraines.

 

Mots-clés

carbonates continentaux, CO₂, hydrologie, géochimie, Altiplano bolivien

 

Membres du jury

Anneleen Foubert (université de Fribourg, Suisse), rapporteur
Daniel Aritzegui (université de Genève, Suisse), rapporteur
Eric Verrechia (université de Lausanne, Suisse), examinateur
Emmanuelle Vennin (université Bourgogne Franche-Comté),
directrice de thèse
Christophe Durlet (université Bourgogne Franche-Comté),
co-directeur de thèse
Eric Gaucher (Total SA, CSTJF, Pau), invité
Aurélien Virgone (Total SA, CSTJF, Pau), invité

extrait:

lien_externe:

titre:

Diversité et origine des carbonates dans un système continental boosté par du CO2 volcanique : l’exemple moderne de la lagune de Pastos Grandes (Altiplano bolivien)

date_de_debut:

février 2017

titre_these:

Fonctionnement sédimentologique et diagénétique d'un couplage carbonates-silicates-matière organique sous influence volcanique et mantellique en contexte continental. Le cas de la lagune de Pastos Grandes (Bolivie)

date_de_debut_these:

février 2017

nom:

Bougeault

date_de_debut_these_numerique:

201702

date_de_soutenance_these:

4 décembre 2020

date_de_fin_these_numerique:

20201196