Soutenance

Sur les marges océaniques, les zones de suintements froids se distinguent par la résurgence de fluides riches en méthane. Dans les sédiments de subsurface anoxiques, le méthane est oxydé par l’activité microbienne anaérobie engendrant la précipitation de carbonates authigènes. Ces travaux portent sur l’étude minéralogique, isotopique et géochronologique des carbonates authigènes en mer de Marmara afin de retracer l’origine et la dynamique des fluides ainsi que les processus biogéochimiques contrôlant leur précipitation. De plus, une approche numérique vise à modéliser la composition isotopique du carbone des carbonates dans différents scénarios géochimiques.

Les carbonates authigènes de la mer de Marmara sont principalement constitués d’aragonite et de calcite magnésienne parfois associées à des quantités mineures de dolomite. La présence de barytine et de pyrite authigènes dans le ciment carbonaté atteste que la précipitation de ces minéraux a pris place au niveau du front sulfate-sulfure sous le contrôle de l’oxydation anaérobie du méthane couplée à la réduction du sulfate des eaux de fond.

Les compositions isotopiques de l’oxygène des carbonates authigènes indiquent qu’une majorité des échantillons ont précipité en équilibre isotopique avec l’eau de fond actuelle (comprise entre +2,3 ‰ et +2,8 ‰ VPDB). L’appauvrissement des valeurs de d18O observé dans les échantillons des bassins de Tekirdag et Central reflète l’influence d’eau saumâtre du dernier maximum glaciaire piégée dans les sédiments. Par opposition l’enrichissement en 18O constaté dans les concrétions carbonatées des sédiments de la ride de Western-High traduit la contribution de saumures enrichies en 18O dont la composition isotopique de l’oxygène est probablement altérée par des processus diagénétiques profonds et par la présence d’hydrates dans les sédiments superficiels.

La large gamme des valeurs de la composition isotopique du carbone des carbonates (de -50,6 à +14,2 ‰ VPDB) indique des sources de carbone variées incluant l’oxydation de méthane biogénique et thermogénique, la possible dégradation d’hydrocarbures plus lourds que le méthane et l’influence de fluides profonds avec un DIC enrichi en 13C produit dans la zone de méthanogenèse. L’approche numérique utilisée a permis de confirmer l’influence de ces différentes sources de carbone pour expliquer cette importante variabilité.

Les concrétions carbonatées des dépôts sédimentaires de la ride de Western-High indiquent que les processus d’oxydation anaérobie du méthane ont été réactivés pendant la dernière déglaciation, lors de l’apport de sulfate par l’invasion des eaux Méditerranéennes dans le lac saumâtre Marmara (15-13 ka). Les datations U-Th révèlent qu’une importante phase de précipitation des carbonates authigènes a été probablement stimulée par l’événement anoxique correspondant au dépôt du sapropèle qui s’est produit entre 11,5 et 7,5 ka.