Thèse Serpentinisation Production d'H2 et Habitabilité Etude Pétro-Structurale Minéralogique et Géochimique du Manteau Altéré en Domaine Continental et Océanique H/F - 34

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : GM - Géosciences Montpellier
Direction de la thèse : Marguerite GODARD ORCID 0000000330975135
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

La serpentinisation du manteau océanique et les processus qui lui sont associés sont un des vecteurs majeurs d'échanges chimiques entre les enveloppes superficielles et profondes de la Terre, depuis les dorsales jusqu'aux zones de subduction. Ces processus s'accompagnent de réactions redox produisant de l'hydrogène naturel et favorables au développement de la vie dans des conditions extrêmes. La serpentinisation est envisagée comme un processus hydrothermal lié au refroidissement de la lithosphère océanique de haute température (350-200°C). Des travaux récents ont montré qu'elle pouvait se poursuivre jusqu'à des températures<200°C. Ces réactions de basse température sont probablement à l'origine des sources alcalines de nombreux massifs ophiolitiques (Oman, Nouvelle Calédonie) et s'accompagnent de piégeage du carbone: ces mécanismes naturels pourraient être des analogues pour de nouvelles techniques de production d'énergie décarbonée combinant production d'hydrogène et stockage géologique de CO2. Ces mécanismes réactionnels complexes sont aussi considérés comme source d'énergie pour le développement de microorganismes, potentiellement contributeurs à l'habitabilité des planètes telluriques au premiers stades de leur évolution (Terre Primitive, Mars) et, plus largement, des exoplanètes (Encelade, ...).
Deux grands projets de forage scientifiques récents ont permis d'échantillonner pour la première fois plusieurs 100aines de mètres de manteau à différents stades d'altération, ainsi que les fluides in situ : le projet ICDP «Oman Drilling Project » (OmanDP) dans l'ophiolite de Semail (2017-2018) et l'Expédition IODP 399 sur Atlantis Massif (30°N Dorsale Médio-Atlantique, 2023). Ces deux projets ont rassemblé des équipes multidisciplinaires et les premiers résultats apportent une base de données unique combinant observations géologiques, expériences hydrogéologiques sur site et monitoring géochimique et microbiologique continu de puits, permettant d'étudier les couplages eau-roche contrôlant les processus hydrodynamiques et géo(bio)chimiques à l'origine de la production d'hydrogène et la carbonatation dans les péridotites actuellement à la surface de la Terre, en contexte continental et océanique.
Les objectifs de cette thèse sont d'identifier et de quantifier les liens et couplages, spatiaux et temporels, entre les processus physico-chimiques, hydrodynamiques et (bio)géochimiques contrôlant la serpentinisation et les réactions associées (redox, carbonatation...) à basse température en domaine océanique et continental, à partir de l'étude d'échantillons de péridotites serpentinisées prélevés lors de ces campagnes de forage. Les travaux de thèse combineront :
(1)Une synthèse des données multi-échelle multi-méthodes déjà acquises sur les sites de l'Ophiolite de Semail et sur Atlantis Massif afin d'identifier des zones critiques (changements de composition des fluides et/ou des roches, variations des données microbiologiques, fracturation, perméabilité,...) et de possibles relations multi-factorielles entre les différents types d'observations/mesures (roches, fluides, microbiologie) ;
(2)L'analyse micro-échelle minéralogique et géochimique des péridotites prélevées dans ces zones critiques afin d'identifier, tracer et quantifier les mécanismes contrôlant ces couplages, leur impact sur les conditions redox et la mobilité des métaux, et l'analyse pétro-structurale afin d'identifier les processus (fracturation, réactions, ...) contrôlant la circulation des fluides (eau et hydrogène) dans les roches imperméables que sont les péridotites et les serpentinites ;
(3)La modélisation de ces processus afin d'estimer la contribution de ces processus abiotiques au développement de domaines habitables, et plus largement, aux bilans géochimiques globaux.

Cette thèse s'intègre dans la suite de travaux scientifiques actuellement en cours sur le site experimental de Batin (MBO, Kelemen et al (2021)) et de la campagne IODP 399 sur Atlantis Massif (Ride médio Atlantique 30°N; Lissenberg et al, 2024; Lang et al, 2025). Ces deux projets associent géologues, hydrogéologues et microbiologistes permettant ainsi d'étudier in situ (forages instrumentés) les réactions de carbonatation et serpentinisation et leurs effets en direct sur la géochimie (production d'H2 et piégeage du CO2, mobilisation des métaux,...) et les interactions avec la microbiologie.
Dans ce contexte, les problématiques abordées ont un impact direct sur les grandes questions actuelles sur le développement des énergies non carbonées, et sur l'habitabilité de la Terre Primitive et des exoplanètes.