NESTOR présente

Les romans-photos

de la recherche !

Par Jean-François Dars & Anne Papillault

photo André Kertész

L’AFFAIRE EST DANS LE LAC / AN ABSOLUTELY BRILLIANT LAKE

Pour modéliser ce qui nous attend, scrutons le passé, via le présent d’un lac analogue à ce qu’il aurait pu être il y a 2,2 milliards d’années.

To model the future, we scan the past, thanks to a lake that is similar today to what it might have been 2.2 billion years ago

Tapuscrit...

Magali Ader – C’est l’histoire de pourquoi on étudie des environnements actuels qui ressemblent à ce que pouvaient être les environnements par le passé. La motivation initiale, c’est que notre société modifie l’environnement : on observe une augmentation du taux de CO2 dans l’atmosphère, une acidification des océans. Et, même si on observe ces changements, on prédit encore très mal comment ils vont évoluer dans le futur et comment la Terre va pouvoir les absorber. Pour améliorer ces prédictions, un des moyens c’est d’aller voir les changements qui ont eu lieu par le passé dans l’histoire de la Terre et d’essayer de comprendre comment ils ont été absorbés. Donc pour comprendre ça, comment la Terre a évolué, y faut aller étudier des archives de ces changements, et ces archives sont les roches sédimentaires. Chaque grain, sa composition isotopique, sa composition chimique, sa minéralogie, renseigne sur l’environnement dans lequel le sédiment s’est déposé. Donc on cherche des environnements terrestres actuels, auxquels on a accès, pour lesquels on peut caractériser l’environnement, température, écosystème, composition chimique, et pour lequel on a les sédiments qui se sont déposés, et on essaie de faire des concordances entre les paramètres de l’environnement et la chimie du sédiment. Plus on va dans le passé, plus les conditions à la surface de la Terre étaient différentes, et donc plus c’est difficile de trouver des environnements à l’heure actuelle qui pouvaient ressembler à ces conditions passées. C’est un des Graal des géochimistes d’aujourd’hui.

Et j’ai eu une chance énorme, parce qu’une équipe de collègues vient de découvrir un lac absolument fantastique, par ses ressemblances avec ce qu’on imagine qu’était l’environnement il y a 2,2 milliards d’années. Ces ressemblances sont d’abord les organismes qui y vivent, qui sont tous archaïques, et qui étaient probablement les seuls qui vivaient à cette époque-là, et le fait qu’ils soient anoxique sous 1 mètre de profondeur, anoxique c’est-à-dire dépourvus d’oxygène, et que donc la genèse de méthane puisse s’y faire de manière importante, et le méthane il devait être un constituant de l’atmosphère en plus grande quantité qu’aujourd’hui.

Donc ce lac, on a été l’échantillonner, il reste encore tout à comprendre dessus, on vient juste de se rendre compte qu’il est extraordinaire, et en ce moment-même, on est en train d’analyser les eaux et leur teneur en méthane, teneur et composition isotopique, pour vérifier qu’y en a. Pour faire ça, on utilise une ligne à vide, dans laquelle on injecte l’eau, l’eau injectée sous vide va dégazer son méthane, qui va se retrouver dans la phase gaz, cette phase gaz on va la faire circuler dans la ligne, sur un four à oxygène, qui est à 950 °, qui va oxyder le méthane et le transformer en eau et CO2. L’eau et le CO2 sont pris en glace dans un piège à azote liquide à – 196°, puis le CO2 va être libéré à – 140 °, et quantifié, dans un manomètre à mercure qu’on appelle un Topler, ensuite l’eau sera libérée à 20 °, transférée dans un tube, scellé, et conservée pour des analyses ultérieures. Jusqu’à maintenant, ce qu’on a pu voir, c’est qu’il y a effectivement du méthane dans ce lac, et c’est très intéressant pour nous, puisque ça confirme une des analogies potentielles de ce lac avec les environnements à 2,2 milliards d’années, et ça nous ouvre de belles perspectives de recherche.

3 min 35 sec

Transcript...

Magali Ader – This story is about why we study current environments that are similar to what past environments might have been like. The starting point is that our society is altering the environment: we see increased levels of carbon dioxide in the atmosphere and oceans becoming more acidic. And although we can observe these changes, it’s still very difficult to predict how they will evolve in the future and how Earth can absorb them. One way to improve prediction is to go and look at changes that have occurred in the past in Earth’s history, to try and understand how they have been assimilated. Understanding how Earth has evolved means studying archives of these changes and the archives are in sedimentary rocks. Each grain, with its isotopic composition, its chemical composition, its mineralogy, is a clue about the environment where sediment was deposited. So we’re looking for current land environments we can access, which we can characterize in terms of environment, temperature, ecosystem, chemical composition, and for which deposited sediment is available. We try to associate environmental parameters with sediment chemistry. The conditions at the surface of the Earth have changed more, the further back in time we go. So it’s harder today to find environments which could present similar conditions to those in the past. That’s one of the Holy Grails today’s geochemists are after.

And I’ve been incredibly lucky, a team of colleagues has just discovered an absolutely brilliant lake, because of the similarities it presents to what we imagine the environment was like 2.2 billion years ago. These similarities lie first in the organisms that live in it, all of them archaic and probably the only living organisms present at the time. The fact that they were anoxic below a depth of 1 meter – anoxic means without oxygen – so that methane production could happen on a significant scale, means that methane must have represented a larger component in the atmosphere than it does today.

So we went to sample the lake, there’s everything to discover, we’ve only just realised how extraordinary it is. Right now, we’re analyzing the water for its methane content and isotopic composition, to check whether there is any methane. To do that, we use a vacuum line, inject water in it, the water injected in a vacuum releases methane which is in its gaseous state, we then circulate this gas in the line, on an oxygen furnace heated to 950°C, which oxidizes the methane and turns it into water and CO2. The water and CO2 are captured in a liquid nitrogen trap at -196°C, then the CO2 is released at -140°C and measured in a mercury manometer we call a Topler. The water is released at 20°C, transferred to a sealed tube and kept for future analysis. To date, we’ve been able to observe that there is in fact methane in the lake and that’s very interesting for us, as it confirms one of the possible analogies this lake has with environments 2.2 billion years ago, and that opens up whole new fields of research for us.

3 min 35 sec

Géochimiste à l’institut de physique du globe de Paris, maître de conférence à l’université Paris 7-Denis Diderot, Magali Ader est allée avec ses collègues prélever à Mayotte l’eau d’un lac pauvre en oxygène, riche en méthane, accueillant une vie archaïque, post figuration de ce qu’on soupçonne qu’était l’environnement terrestre il y a 2,2 milliards d’années. Le méthane est confirmé au prix de quelques acrobaties dans les tuyauteries de verre d’une ligne à vide, le lac peut continuer à renseigner sur comment la Terre saura réagir à ses perturbations actuelles.

Magali Ader is a geochemist at the Institut de physique du globe de Paris and lecturer at Université Paris 7 Denis-Diderot. She went with colleagues to Mayotte, to take a sample of oxygen-poor and methane-rich lake water, hosting an archaic form of life, a trace of what is thought to have been the earth’s environment 2.2 billion years ago. A few tricks in the glass tubes of a vacuum line confirmed the methane, so the lake can carry on telling us how Earth will be able to react to current disturbances.