Les secrets des profondeurs terrestres

D’immenses océans, de la vie microbienne, du méthane à l’infini, des diamants d’une force inouïe : en dix ans, le Deep Carbon Observatory (DCO) a réalisé de surprenantes découvertes sur le sous-sol de la Terre, fracassant au passage de multiples certitudes. Fin octobre, des centaines de chercheurs de partout dans le monde se sont réunis en congrès à Washington pour faire le point sur les derniers avancements de cet imposant projet scientifique.

De l’eau et des diamants

À plus de 400 km sous la surface de la Terre se trouve une quantité d’eau supérieure à celle qui existe à la surface. Cet océan souterrain, qui se trouve emprisonné à des pressions immenses dans des roches, a été détecté grâce à l’analyse de diamants par des chercheurs du Deep Carbon Observatory (DCO). Depuis 2014, les propriétés de ces diamants des profondeurs ont d’ailleurs été testées, ce qui a permis de démontrer plusieurs applications potentielles comme des scies industrielles grâce à leur résistance à l’abrasion supérieure selon certains critères. Certains de ces diamants de l’« hydrogéosphère », qui remontent des profondeurs avec du magma volcanique, ont été créés il y a seulement quelques centaines de millions d’années, ce qui permet d’évaluer la quantité de carbone qui voyage des sédiments des fonds océaniques jusqu’aux tréfonds de la planète par les failles sous-marines. Les microbes des profondeurs jouent un rôle crucial dans le transport de ce carbone, qui est alors définitivement mis hors d’état de nuire (ne participant plus à l’effet de serre).

70 % : pourcentage des microorganismes de la Terre qui vivent sous la surface

Les intraterrestres

L’été dernier, des géologues de l’Université de Toronto ont annoncé avoir trouvé des microbes dans de l’eau emprisonnée depuis des milliards d’années à trois kilomètres de profondeur. Cette découverte dans une mine de Timmins, en Ontario, a été annoncée dans le Geomicrobiology Journal. L’une des conclusions les plus importantes qu’on peut en tirer est que la vie sur Terre pourrait être née sous sa surface plutôt qu’y avoir été amenée par des comètes. « La vie est apparue sur Terre alors qu’elle était très inhospitalière, avec de fréquents bombardements », a souligné en entrevue Robert Hazen, minéralogiste et astrobiologiste à l’Institut Carnegie à Washington, qui est l’un des fondateurs du DCO. « La vie souterraine, à base de chimiosynthèse plutôt que de photosynthèse, a au moins formé un refuge durant ces bombardements intenses de météorites. » Steven Shirey, géochimiste de Carnegie, a noté à la même occasion qu’aucune limite de profondeur n’a été observée pour la vie souterraine. « La seule limite, c’est la température, 130 °C, a dit M. Shirey. Si ça se trouve, on va trouver des microbes à 30 km sous la surface. » Les microbes des profondeurs à Timmins sont notables parce qu’ils vivent depuis des milliards d’années emprisonnés dans de l’eau coupée de la surface. L’une des séances du congrès du DCO portait sur la possibilité que de tels microbes souterrains existent sur des satellites des planètes géantes de notre système solaire.

Miracle à Oman

Les travaux du DCO ont des implications importantes pour les changements climatiques. Ils ont confirmé que les émissions humaines de gaz à effet de serre étaient beaucoup plus importantes que celles des volcans et d’autres fuites naturelles. Et ils pourraient permettre de trouver une façon de capter le CO₂, un produit de la combustion d’énergie fossile dont l’augmentation dans l’atmosphère est responsable du réchauffement de la planète. En Islande et à Oman dans le golfe Persique se trouvent des formations rocheuses capables de transformer en roche le CO₂ à un rythme beaucoup plus rapide que prévu. « Nous sommes en ce moment en train de voir à Oman, le site le plus étendu de cette formation rocheuse, à quel point on pourra encore accélérer cette fixation du CO₂ », a dit M. Hazen.

0,28 à 0,36 Gigatonne : quantité de carbone émis chaque année dans l’atmosphère par les éruptions volcaniques et les fuites naturelles d’hydrocarbures et de CO₂

11 Gigatonnes d’équivalent carbone : quantité de CO₂ émis chaque année par la combustion de carburants fossiles et par l’industrie

Sources : DCO, GIEC

Prédire les éruptions

Depuis un demi-siècle, des capteurs de gaz ont été installés dans la plupart des volcans actifs des pays développés. Mais jamais on n’a réussi à démontrer que l’intensité ou la composition des fumées avait un lien avec le risque d’éruption. Le Réseau de dégazage profond du DCO, installé dans 20 volcans, veut voir si les flux souterrains de gaz, notamment le CO₂ et le SO₂, peuvent mener à un outil de prédiction des éruptions.

Les minéraux de l’homme

En 2017, des chercheurs américains associés au DCO ont illustré d’une nouvelle manière l’impact de l’homme sur la planète. Dans la revue American Mineralogist, des géologues de l’Universités du Maine et de celle de l’Arizona ont estimé que 208 des 5200 minéraux reconnus par l’Association minéralogique internationale avaient été créés par l’homme, pour la plupart en raison des mines. Les plus anciens remontent au travail du bronze en Égypte et à des épaves phéniciennes, notamment au large de la Tunisie. D’autres ont été créés sur les murs d’alumineries ou dans des tuyaux de géothermie. Les chercheurs notent que les deux tiers de ces 5200 minéraux sont apparus il y a 2 milliards d’années, lors de la « grande oxydation », quand la Terre a connu une rapide augmentation de son taux d’oxygène. L’atmosphère ne contenait auparavant presque pas d’oxygène ; en quelques centaines de millions d’années, elle est passée à un taux entre 2 % et 4 % d’oxygène (contre 21 % aujourd’hui), ce qui a causé l’extinction de 99 % des espèces bactériennes.

De plus en plus profond

Des dizaines de forages aux quatre coins du monde, au fond des mines ou des océans, ont démontré qu’une diversité insoupçonnée de microbes vivent sous la surface de la Terre. Leurs propriétés et leur capacité de survie étonnent à chaque nouvelle découverte.

1– Forage U1309D : massif sous-marin de l’Atlantique, profondeur de 1,4 km 

Sous cette chaîne sous-marine vivent des bactéries qui se nourrissent d’hydrocarbures et d’azote probablement abiotique, a-t-on observé en 2010.

Forage 1256D : Est de l’océan Pacifique, profondeur de 1,5 km 

Des chercheurs ont rapporté des preuves de sulfures produites par des microbes en 2011.

Forage 735B : dorsale sud-ouest indienne, profondeur de 1,5 km 

En 2011, découverte de preuves de la présence de microbes capables de se nourrir du sulfate de l’eau salée sous cette chaîne de montagnes sous-marines.

Forage 504B : faille du Costa Rica, océan Pacifique, profondeur de 2,1 km

Présence de bactéries capables d’oxyder le soufre pour s’en nourrir.

Forage C0020A : mer du Japon, profondeur de 2,5 km 

En 2017, découverte de microbes se nourrissant d’hydrocarbure et d’azote, probablement d’origine abiotique.

Mine de Kidd Creek : Timmins, Canada, profondeur de 3 km

Des chercheurs ont trouvé l’été dernier des microbes se nourrissant de sulfates dans de l’eau emprisonnée dans des roches depuis des milliards d’années. Il s’agit de l’eau la plus vieille jamais découverte.

Mine d’or Mponeng : Afrique du Sud, profondeur de 3,9 km

En 2005, découverte d’une nouvelle espèce de bactérie se nourrissant de sulfures retrouvé par la suite dans plusieurs autres sites souterrains sur la planète.

Forage KTB : Allemagne, profondeur de 9,1 km 

La température à la base de ce forage, l’un des plus profonds du monde, atteint 265 °C et aucune vie microbienne n’y a été observée. Ce forage scientifique a été fait en Bavière entre 1987 et 1995. Le record de vie microbienne est de 130 °C.

Centrale d’Otaniemi : Finlande, profondeur de 9,1 km

Des forages ont été effectués sur les terrains d’une centrale géothermique finlandaise en 2018 et 2019 à la même profondeur que le forage précédent en Allemagne et les observations ont été similaires : aucune vie microbienne n’y a été observée.

Forage de la péninsule de Kola : Russie, profondeur de 12,3 km 

En 1995, découverte d’eau et de fossiles de microbes jusqu’à six kilomètres sous la surface.