La Terre a déjà connu des bouleversements que l’imaginaire peine à concevoir. Des volcans ont secoué océans et atmosphère, redéfinissant le cycle du carbone à l’échelle de la planète.
Sous les cratons africains, des archives rocheuses gardent la mémoire d’anciens cataclysmes, gravée dans des couches sombres et métamorphisées. Les géochimistes y traquent des signaux extrêmes, reliant une série d’éruptions paléoprotérozoïques à une vaste anomalie isotopique du carbone et à l’ascension d’une nouvelle profonde superplume birimienne mantellique.
Lomagundi–Jatuli : quand le cycle du carbone bascule après la montée de l’oxygène
Des carottes de carbonates paléoprotérozoïques montrent, entre 2,25 et 2,05 milliards d’années, une hausse durable du carbone lourd. Les géochimistes y voient la trace de l’événement Lomagundi–Jatuli, survenu après l’oxygénation de l’atmosphère, quand les échanges entre roches, océans et biosphère se réorganisent.
Cette phase singulière traduit un basculement de la pompe biologique et des rétroactions climatiques, sur des durées qui se comptent en dizaines de millions d’années. Sa coïncidence avec le grand événement d’oxygénation renvoie à une vaste perturbation biogéochimique, où fixation du carbone, circulation océanique et composition de l’atmosphère deviennent intimement couplées.
Une datation au plomb marque 2,194 milliards d’années dans les schistes noirs du Gabon
Au sud-est du Gabon, près de Franceville, des niveaux riches en matière organique attirent l’attention des équipes du CNRS depuis plusieurs décennies. Ces couches correspondent à des schistes noirs gabonais de la série Francevillienne, dont l’âge a été précisé grâce à une datation Pb–Pb appliquée au plomb contenu dans les minéraux.
Les mesures réalisées à l’École normale supérieure de Lyon livrent un âge de 2,194 ± 5 milliards d’années pour ces roches, ce qui les place au Paléoprotérozoïque moyen. Cet âge 2,194 milliards concorde avec l’intrusion granitique de N’goutou, datée 2,191 ± 13 millions d’années, et confirme que la formation Francevillian FB s’est déposée juste avant la mise en place d’un vaste système magmatique régional.
Volcanisme birimien-eburnéen et déferlante de CO2 : la chaîne de causes avancée par les chercheurs
Les nouvelles datations ancrent les roches du Gabon dans une phase d’activité tectonique comprise entre 2,27 et 1,96 milliards d’années, marquée par de vastes édifices magmatiques. Cette période correspond au volcanisme birimien-eburnéen, qui empile de puissants plateaux basaltiques sur le plancher océanique et bâtit une province ignée majeure à l’échelle de l’Afrique de l’Ouest. Les conséquences proposées par les chercheurs du CNRS peuvent se résumer en quelques étapes clés.
- Éruption de vastes plateaux basaltiques sur le plancher océanique.
- Épaississement rapide de la croûte et modification des gradients thermiques.
- Subduction et recyclage des laves, avec libération de fluides riches en carbone.
- Répercussions climatiques et océaniques à l’échelle du système Terre.
À l’échelle du globe, cette activité basaltique modifie les échanges de chaleur, de nutriments et de gaz entre manteau, croûte et surface. Les auteurs défendent l’idée d’un dégazage massif de CO2, capable d’inonder l’atmosphère et l’océan, de perturber le cycle du carbone et de réchauffer durablement le climat paléoprotérozoïque.
Ce que révèle la bimodalité des isotopes δ13C et δ18O sur l’état de l’océan
Les séries carbonatées du Paléoprotérozoïque livrent des valeurs d’isotopes stables qui ne se répartissent pas de manière uniforme mais selon deux ensembles bien distincts. Les chercheurs parlent de bimodalité δ13C–δ18O, car certains carbonates restent proches de 0 ‰, tandis que d’autres atteignent des δ13C très élevés, associés à des δ18O plus légers.
Ce contraste persistant à l’échelle de plusieurs bassins sédimentaires suggère que la composition des eaux de surface et des eaux profondes a été durablement différenciée. L’équipe y voit l’empreinte d’une chimie de l’océan modifiée par les échanges avec l’atmosphère et par le volcanisme, produisant un véritable signal carbonaté global plutôt qu’une simple anomalie locale liée au dépôt.
Quand le tampon alcalin sature : limites de l’absorption océanique du CO2
La capacité des mers à absorber le carbone issu des éruptions dépend de la manière dont ce gaz se répartit entre CO2 dissous, bicarbonate et carbonate dans l’eau de mer. Les océanographes quantifient cette sensibilité par le facteur de Revelle, qui reste faible lorsque l’alcalinité océanique est élevée, ce qui permet un stockage du carbone sous forme dissoute.
Lorsque l’injection de CO2 dépasse un certain seuil, l’acidification progresse, les ions carbonate se raréfient et les squelettes calcaires deviennent plus vulnérables à la dissolution. Les auteurs montrent que la saturation carbonatée finit par être atteinte dans l’océan global, tandis que le réduit flux d’altération des continents émergés ne fournit plus assez d’ions pour restaurer rapidement le pouvoir tampon des eaux.
Indices pour l’émergence précoce des eucaryotes au cœur d’environnements enrichis en nutriments
Les affleurements de la formation FB au Gabon témoignent de mers peu profondes, confinées par des reliefs naissants et soumises à des apports terrigènes intenses. Cette configuration favorise un fort apport en nutriments depuis les jeunes chaînes birimiennes, en particulier en phosphore et en métaux traces indispensables au développement du plancton.
Les eaux de surface chargées en plancton accroissent la fixation de carbone, ce qui intensifie les pompes biologiques et renforce les contrastes isotopiques observés dans les schistes noirs. Une productivité primaire marine soutenue, couplée à un enfouissement du carbone organique plus efficace, crée ainsi des niches oxygénées qui pourraient avoir permis l’apparition précoce de formes eucaryotes complexes.
Contexte géologique et méthodes : du terrain à la chronologie intégrée
Les campagnes menées par les équipes du CNRS autour de Franceville ont ciblé des profils dans les formations FA et FB, incluant les carrières proches du site d’Oklo. Ces sédiments appartiennent au groupe Francevillien, déposé à la marge d’un craton rattaché au supergroupe birimien ouest-africain, où se superposent grès, schistes noirs et carbonates riches en archives géochimiques.
Pour fixer l’âge des différentes unités, les géologues ont isolé le plomb contenu dans les sulfures et carbonates grâce à des protocoles de chimie analytique très stricts en laboratoire. Les rapports isotopiques ont été mesurés par géochronologie isotopique sur un spectromètre de masse multicollecteur de type MC-ICP-MS à l’École normale supérieure de Lyon, permettant de proposer un cadre temporel cohérent pour l’épisode étudié.
