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Ces eaux souterraines sont parmi les plus anciennes de la planète

eaux souterraines
Crédits : Dr Oliver Warr/Université de Toronto

Des sources d’eaux souterraines récemment découvertes dans une mine sud-africaine seraient estimées à 1,2 milliard d’années. Leurs interactions chimiques avec la roche environnante pourraient offrir de nouvelles informations sur la production et le stockage d’énergie dans la croûte terrestre.

Au plus profond des roches du socle précambrien de la Terre (qui représente environ 72 % de la croûte continentale en termes de surface), les eaux souterraines sont des cibles d’investigation à la fois pour le stockage géologique du carbone et/ou des déchets nucléaires, et pour de nouveaux réservoirs de ressources d’hélium qui s’épuisent rapidement.

Au cours de ces dernières années, les chercheurs ont découvert plusieurs environnements hydrologiques profonds où les eaux souterraines sont préservées sur des échelles de temps de millions d’années. Toutefois, certaines sources sont plus anciennes encore.

Plus d’un milliard d’années

En 2013, une équipe du Dr Oliver Warr, de l’Université de Toronto (Canada), avait en effet isolé une source d’eau souterraine vieille d’environ 1,8 milliard d’années au fond de la mine Kidd Creek, en Ontario. La structure se situe sous le Bouclier canadien, une structure géologique composée de roches ignées et métamorphiques datant du superéon précambrien (il y a 4,5 milliards à 541 millions d’années). Jusqu’à présent, les chercheurs pensaient que cette source faisait exception. En réalité, il pourrait y en avoir beaucoup d’autres.

Plus récemment, l’équipe du Dr Warr a en effet découvert une source du même genre dans une mine d’or et d’uranium située à environ 160 kilomètres au sud-ouest de Johannesburg, en Afrique du Sud. Connue sous le nom de Moab Khotsong, cette structure abrite l’un des puits de mine les plus profonds du monde, plongeant à plus de trois kilomètres sous la surface à son point le plus profond. Les chercheurs y ont collecté plusieurs échantillons d’eau, dont certains étaient vieux de plus de 1,2 milliard d’années.

« L’une des parties les plus excitantes de cette nouvelle découverte est qu’au début, nous pensions que les eaux souterraines de Kidd Creek étaient un cas unique« , souligne le chercheur. « Maintenant, nous avons ce tout nouveau site situé dans un endroit différent avec une histoire géologique complètement différente qui préserve également les fluides sur une échelle de temps de plus d’un milliard d’années. Ces systèmes piègent l’eau sur des durées extrêmement longues« .

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Crédits : Dr Oliver Warr/Université de Toronto

Une forte concentration de produits radiogéniques

L’eau de ces environnements profonds est principalement retenue dans les fissures de la roche. Au fil du temps, elle interagit donc avec la roche, créant ainsi de l’uranium. Cet élément se désintègre ensuite sur des millions et des millions d’années, créant alors des gaz nobles. Les chercheurs peuvent ensuite mesurer leurs concentrations et la durée de leur présence dans la roche.

Après avoir collecté les échantillons, les chercheurs ont examiné leur contenu et découvert que l’eau contenait des propriétés qui ressemblaient à celles de l’eau de Kidd Creek. Ces eaux sud-africaines présentaient en revanche une plus forte concentration de produits radiogéniques, des éléments produits par la radioactivité. Ainsi, d’après les auteurs, ces sites particulièrement anciens pourraient un jour potentiellement servir de sources d’énergie.

Dans le détail, ces échantillons contenaient une teneur élevée en sel (environ huit fois plus que celle de l’eau de mer) ainsi que des concentrations d’uranium, d’hélium radiogène, de néon, de krypton, d’argon et de xénon. Les chercheurs ont également découvert la présence d’hydrogène et d’hélium, deux sources d’énergie importantes.

Ces découvertes ont également des implications au-delà de la Terre. Sur Mars, des eaux souterraines pourraient également persister sur de longues échelles de temps malgré des conditions de surface inhospitalières.

Les détails de l’étude sont publiés dans Nature Communication.