Les minéraux argileux donnent le ton en matière de carbone

Les rivières apportent continuellement des sédiments aux océans du monde. Les principaux composants des sédiments sont, d'une part, divers minéraux argileux issus de l'altération des roches et, d'autre part, des composés organiques carbonés provenant de matières végétales décomposées dans les sols. Les processus d'érosion amènent ces deux composants dans les rivières.

Sur leur chemin vers les océans, la matière organique et les minéraux argileux s'associent pour former des complexes argilo-humiques. Une fois dans l'océan, ces complexes tombent au fond de la mer, où ils sont recouverts par d'autres sédiments. Le carbone contenu dans les complexes est ainsi fixé et, au fil des temps géologiques, éliminé de l'atmosphère et du cycle du carbone de la surface de la Terre qui lui est associé.

C'est pourquoi les minéraux argileux, également connus sous le nom de phyllosilicates, sont très importants pour le cycle global du carbone : environ 90 % du carbone organique fixé dans les sédiments au fond des océans le long des continents est d? à des interactions entre la matière organique et différents minéraux. Les différents phyllosilicates y contribuent de manière particulièrement importante, car leur petite taille et leur géométrie leur confèrent une surface spécifique particulièrement élevée et leur permettent de fixer une grande quantité de carbone.

Tout dépend de la variété

Pourtant, tous les minéraux argileux ne forment pas des complexes stables avec la matière organique. Une équipe de chercheurs de l'ETH Zurich et de l'Université Tongji de Shanghai montre dans la revue spécialisée "Science" que différents types de minéraux argileux interagissent différemment avec la matière organique, ce qui détermine l'échange de matière organique. Cela influence également la contribution de chaque minéral argileux à la fixation du carbone. La fixation de composés carbonés sur les phyllosilicates dépend en effet de la structure minéralogique et des propriétés du minéral argileux concerné. Plus la surface spécifique est grande et plus sa réactivité est forte, plus la quantité de matière organique pouvant y adhérer est importante et plus la quantité de carbone fixée dans le sédiment est importante.

Les chercheurs ont étudié de tels processus dans la mer de Chine méridionale. C'est là que se rencontrent les minéraux argileux que sont la smectite de l'?le principale de Lu?on aux Philippines, la kaolinite de Chine continentale ainsi que le mica et la chlorite des montagnes de Ta?wan. Thomas Blattmann, ancien doctorant de l'ETH et auteur de la première étude, affirme que cette mer présente les meilleures conditions au monde pour étudier les interactions entre les phyllosilicates et la matière organique. Dans d'autres océans, il y a un "mélange sauvage" de phyllosilicates, de sorte que les processus auxquels s'intéressent les chercheurs se superposent. "Cela rend difficile le décryptage de la contribution de certains types de minéraux argileux. En mer de Chine méridionale, il est toutefois clair de quelle masse terrestre proviennent quels minéraux argileux. C'est unique".

Les minéraux ta?wanais, pièges à carbone

La smectite se forme lors de l'altération chimique des roches volcaniques de base et se combine en eau douce avec la matière organique des sols fertiles et riches en humus. Mais lorsque ces complexes atteignent l'eau salée, les smectites échangent leur charge organique. Elles absorbent les composés carbonés dissous dans l'eau de mer et libèrent dans l'océan la matière organique provenant de la terre. Ce qu'il en advient ensuite n'est pas clair.

Blattmann estime qu'il est probable que les substances organiques de Lu?on s'oxydent, soient consommées par des micro-organismes ou restent librement dissoutes dans l'eau de mer pendant des milliers d'années. Les phyllosilicates des montagnes de Taiwan se comportent différemment. Ils fixent très fortement le carbone continental de Ta?wan et transportent ainsi rapidement et efficacement la matière organique dans la mer.

"C'est donc la nature des minéraux argileux qui détermine la manière dont le carbone issu des masses terrestres est transféré et réorienté vers les océans du monde. Ces minéraux influencent le transfert à grande échelle des organes des continents vers leur puits au fond des océans", explique Blattmann.

De nouvelles découvertes soulèvent de nouvelles questions

"Les phyllosilicates jouent un r?le plus important dans le cycle mondial du carbone que nous ne le pensions jusqu'à présent", explique Tim Eglinton, professeur à l'Institut de géologie de l'ETH Zurich. Plus leur surface spécifique est grande, plus les matières organiques peuvent s'y fixer et plus la quantité de carbone fixée sur le fond marin est importante. "Il n'est toutefois pas possible de quantifier cela, nos connaissances sur le comportement individuel des différents minéraux argileux n'en sont qu'à leurs débuts. Pour pouvoir faire des déclarations sur l'ensemble des fonds marins de toutes les mers du monde, nous avons encore besoin de beaucoup de recherches".