Casser le code climatique: Les scientifiques déterrent des indices datant de 380 millions d'années

Roche dolomiteuse poreuse avec des cavités qui seraient idéales pour l'utilisation géothermique. Crédit: RUB, Marquard

Les fluides circulant sous terre altèrent progressivement les roches au fil du temps. Ces processus doivent être pris en compte lors de l'utilisation des roches comme archives climatiques. Le Dr Mathias Müller du groupe de recherche en Géologie des Sédiments et des Isotopes à l'Université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, ainsi que des collègues internationaux, ont détaillé quelles informations climatiques sont conservées dans des calcaires âgés de 380 millions d'années à Hagen-Hohenlimburg.

Qui plus est, ses analyses lui permettent de tirer des conclusions sur la capacité du rocher actuel à être utilisé pour une utilisation géothermique profonde. Les résultats de ses recherches ont été publiés dans le journal Geochimica et Cosmochimica Acta le 1er juillet 2024.

Vue d'un côté de la carrière de Steltenberg: Les roches de couleurs différentes sont des produits de processus diagénétiques souterrains, qui ont altéré le calcaire d'origine. Crédit: RUB, Marquard

Pour mieux comprendre le climat actuel, il peut être utile de regarder le passé. Les chercheurs utilisent des proxies, c'est-à-dire des indicateurs indirects du climat dans des archives naturelles telles que les carottes de glace, les cernes des arbres ou les stalactites. "Si nous voulons apprendre quelque chose sur le climat il y a plusieurs millions, voire des milliards d'années, nous examinons des roches sédimentaires qui peuvent même avoir stocké la température de l'eau de mer il y a des centaines de millions d'années", explique Mathias Müller.

Fossiles de coraux et de brachiopodes dans le calcaire gris Massenkalk qui ont été partiellement transformés diagénétiquement en roche dolomite brun clair le long d'une fissure verticale. Crédit: Mathias Müller

Un élément qui rend ce type de recherche climatique à long terme considérablement plus difficile est le changement ultérieur des signatures climatiques stockées dans ces roches. Ce processus est appelé diagenèse. Il commence peu de temps après le dépôt de sédiments en eau de mer et peut se poursuivre jusqu'à aujourd'hui. "Les roches très anciennes sont généralement enfouies à des profondeurs de plusieurs kilomètres", explique Mathias Müller. "Les changements dans les informations climatiques sont alors causés par des fluides chauds circulant en profondeur." Lorsqu'ils peuvent pénétrer la roche, ils conduisent souvent à une recristallisation ou à une nouvelle croissance minérale dans la roche. De plus, lorsque les roches sont remontées des profondeurs à la surface terrestre, elles sont affectées par les conditions météorologiques. Cette diagenèse météorique peut également avoir un impact sur les anciennes informations climatiques ou les rendre complètement inutiles.

Avec une équipe de recherche internationale, Mathias Müller a reconstruit en détail quelles informations climatiques provenant de la mer peu profonde pendant la période du Dévonien sont encore stockées dans la roche de la région de Hagen-Hohenlimburg et par quels processus et dans quelles conditions elles ont depuis été modifiées. Les chercheurs ont analysé de nombreux échantillons de roches collectés de manière systématique de la carrière de Steltenberg en utilisant des méthodes pétrographiques et géochimiques.

"Nous avons été surpris que les changements dans la roche nous ont permis d'identifier un grand nombre d'événements géologiques significatifs, tels que l'ouverture du bassin Nord-Atlantique au Jurassique et le début du plissement et de l'élévation subséquente des Alpes à des centaines de kilomètres de là depuis la fin du Crétacé", énumère Mathias Müller. Il considère que la datation radiométrique au plomb-uranium est la clé pour la classification chronologique des événements ultérieurs stockés dans la roche. "Nous avons été particulièrement heureux de découvrir au cours de nos recherches que les informations climatiques de la période du Dévonien peuvent encore être retrouvées même dans des roches fortement redéfinies", souligne le chercheur.

Mathias Müller analyse les changements que les roches ont subis au fil de millions d'années. Crédit: RUB, Marquard

Les résultats de l'étude sont également intéressants en ce qui concerne l'exploitation des roches pour l'énergie géothermique profonde, qui pourrait contribuer à la transition énergétique. Prédire les conditions qui seront rencontrées dans les différentes zones du sous-sol a été un défi majeur pour les chercheurs jusqu'à présent. "Particulièrement dans les roches carbonatées, la redéfinition diagenétique peut conduire à la fois à des phénomènes de précipitation et de dissolution dans la roche, ce qui peut avoir un impact dramatique sur la viabilité potentielle de l'énergie géothermique", explique Mathias Müller.

Les résultats de l'étude actuelle permettent d'émettre des conclusions optimistes provisoires selon lesquelles certains des processus caractérisés dans le sous-sol plus profond peuvent avoir augmenté l'utilisation de l'énergie géothermique. Avec des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour les Infrastructures Energétiques et l'Energie Géothermique IEG et du Service Géologique de Rhénanie-du-Nord-Westphalie, Mathias Müller vise actuellement à déterminer quelles implications les conclusions de la surface terrestre ont pour l'applicabilité de l'énergie géothermique en profondeur.