Roche dolomitique poreuse avec cavités qui serait idéale pour une utilisation géothermique. Crédit : RUB, Marquard
Les roches subissent des transformations au cours de millions d’années, mais elles contiennent toujours des informations précieuses sur le climat au cours de leur formation.
Les fluides qui circulent sous terre modifient 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 sur la géologie des sédiments et des isotopes de l'université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, ainsi que des collègues internationaux, ont détaillé les informations climatiques qui restent préservées dans des calcaires vieux de 380 millions d'années de Hagen-Hohenlimburg.
De plus, ses analyses lui permettent de tirer des conclusions sur l'adéquation actuelle de la roche à une utilisation géothermique profonde. Les résultats de ses recherches ont été publiés dans la revue Geochimica et Cosmochimica Acta le 1er juillet 2024.
Vue d'un côté de la carrière de Steltenberg : les roches de différentes couleurs sont le résultat de processus diagénétiques souterrains qui ont altéré le calcaire d'origine. Crédit : RUB, Marquard
Archives climatiques dans la roche
Pour mieux comprendre le climat actuel, il est utile de se pencher sur le passé. Les chercheurs utilisent pour cela des « proxies », des indicateurs indirects du climat contenus dans des archives naturelles telles que des carottes de glace, des cernes d’arbres ou des stalactites. « Si nous voulons en savoir plus sur le climat d’il y a plusieurs millions ou milliards d’années, nous examinons des roches sédimentaires qui auraient pu contenir la température de l’eau de mer d’il y a des centaines de millions d’années », explique Mathias Müller.
Fossiles de coraux et de brachiopodes dans le calcaire grisâtre du Massenkalk, partiellement transformés par diagénétique en dolomie brun clair le long d'une fissure verticale. Crédit : Mathias Müller
Ce qui peut compliquer considérablement les recherches sur le climat, c’est la modification ultérieure des signatures climatiques stockées dans ces roches. Ce processus, appelé diagenèse, commence peu après le dépôt des sédiments dans l’eau de mer et peut se poursuivre jusqu’à aujourd’hui. « Les roches très anciennes sont généralement enfouies à plusieurs kilomètres de profondeur », explique Mathias Müller. « Les changements dans les informations climatiques sont alors provoqués par des fluides chauds circulant en profondeur. » Là où ils peuvent pénétrer dans la roche, ils entraînent souvent une recristallisation ou une nouvelle croissance minérale dans la roche. De plus, lorsque les roches sont soulevées des profondeurs vers la surface de la terre, 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.
De la mer peu profonde aux montagnes
En collaboration avec une équipe de recherche internationale, Mathias Müller a reconstitué en détail quelles informations climatiques de la mer peu profonde de l'époque du Dévonien sont encore stockées dans la roche de la région de Hagen-Hohenlimburg et par quels processus et dans quelles conditions elles ont été modifiées depuis. Les chercheurs ont analysé de nombreux échantillons de roche collectés systématiquement dans la carrière de Steltenberg à l'aide de méthodes pétrographiques et géochimiques.
« Nous avons été surpris de constater que les changements dans la roche nous ont permis d’identifier un grand nombre d’événements géologiques significatifs, tels que l’ouverture de l’Atlantique Nord dans le jurassique et le début du plissement et du soulèvement ultérieur des Alpes à des centaines de kilomètres de là depuis la fin du Crétacé « La période dévonienne est une période de l’histoire naturelle », énumère Mathias Müller. Il considère que la datation radiométrique uranium-plomb est la clé de la classification chronologique des événements dits de surimpression stockés dans la roche. « Nous avons été particulièrement heureux de découvrir au cours de nos recherches que des informations climatiques de la période dévonienne peuvent encore être trouvées même dans des roches fortement surimprimées », souligne le chercheur.
Mathias Müller analyse les changements que les roches ont subis au cours de millions d'années. Crédit : RUB, Marquard
De la recherche climatique à l’énergie géothermique
Les résultats de l’étude sont également intéressants pour l’exploitation des roches pour la géothermie profonde, qui pourrait contribuer à la transition énergétique. Prédire quelles conditions seront rencontrées dans quelles zones du sous-sol a constitué jusqu’à présent un défi majeur pour les chercheurs. « En particulier dans les roches carbonatées, la surimpression diagénétique peut entraîner des phénomènes de précipitation et de dissolution dans la roche, ce qui peut avoir un effet dramatique sur la viabilité potentielle de l’énergie géothermique », explique Mathias Müller.
Les résultats de l'étude actuelle permettent de tirer des conclusions optimistes selon lesquelles certains des processus caractérisés dans le sous-sol profond pourraient avoir augmenté l'utilisabilité de l'énergie géothermique. En collaboration avec des chercheurs de l'Institut de recherche Fraunhofer pour les infrastructures énergétiques et l'énergie géothermique IEG et du Service géologique de Rhénanie-du-Nord-Westphalie, Mathias Müller s'efforce actuellement de déterminer quelles implications les découvertes de la surface terrestre ont pour l'applicabilité de l'énergie géothermique en profondeur.
