Résumé
Les variations séculaires du δ13Corg, δ34S, Δ33S et du δ15N, au cours des temps géologiques, montrent des excursions remarquables à 2,7 Ga. Ces variations ont été étudiées précédemment de façon indépendante. Dans cette étude, nous avons mesuré les rapports isotopiques et les concentrations du carbone, du soufre et de l'azote dans les mêmes échantillons provenant de la Formation de Tumbiana (2,73 Ga). Les valeurs de δ13C de la matière organique varient de -43 à -34%o, reflétant ainsi une l'activité des microorganismes méthanotrophes. Les valeurs de δ 34S des sulfures montrent de faibles variations comprises entre -5,8 et 2,7%o, suggérant que l'environnement de la formation de Tumbiana était pauvre en sulfates. Les fractionnements indépendants de la masse du soufre (MIF- S) mesurés dans cette étude montrent des anomalies faibles mais significatives, indiquant des conditions environnementales anoxiques il y a 2,73 Ga. La mise en évidence d'une tendance positive entre l'enrichissement en 12C de la matière organique et l'augmentation des anomalies isotopiques du Soufre est probablement le reflet d'une diminution de la concentration en méthane atmosphérique liée à l'assimilation du méthane. L'azote sédimentaire montre un enrichissement en 15N important avec des valeurs comprises entre 8,6 et 50,4%o. Nous proposons dans cette étude que ces valeurs soient le reflet d'un processus biologique d'oxydation de l'ammonium en nitrite. Cette thèse reporte ainsi pour la première fois une étude intégrée des compositions isotopiques du C, de l'O, du S et de FN dans une formation Archéenne et suggère une augmentation du degré d'oxydation de l'océan 400 Ma avant le « Great Oxidation Event ».
Secular variations of δ13Corg, δ34S, Δ33S et du δ15N through geological times show large shifts around 2,7 Ga. These shifts were mostly reported from independent sediment sections. In this study, we measured isotopic ratios and elemental contents of C, S and N in the same samples from a pristine drill core retrieved from the Tumbiana Formation (2,73 Ga). Organic δ 13C values vary from -43 to -34%o, reflecting variable contribution of 13C-depleted methanotrophic biomass. Sulfide δ 34S show small variation from -5,8 to 2,7%o, suggesting that the 2,73 Ga environment of the Tumbiana Formation was sulfate-limited. Mass-Independent-Fractionation of S isotopes show anomalies ranging between -0.24 and 1.64%o, indicating anoxic environmental conditions. A positive correlation between the 12C-enrichment of organic matter and increasing MIF-S was observed, maybe due to the decrease in atmospheric methane concentration as a result of biotic methane assimilation. Sedimentary N show strong 15N enrichment with 815N values ranging between 8,6 and 50,4%o. I propose here a process of the oxidation of ammonium to nitrite to explain these high 515N values. This thesis reports, for the first time, integrated C, N and S isotopes measurements in the same sedimentary formation at 2,73 Ga. It shows that δ 15N and δ 13C strong excursions are synchronous with the onset of Δ 33S increase while δ 34S variations remain minor. These integrated isotopes approach facilitate to identify different types of metabolisms with respect to environmental conditions. Our results suggest that a stepwise increase in the oceanic oxidation degree could exist 400 Ma before the Great Oxidation Event