au sommaire
La mine d'uranium de Oklo, au Gabon, a mis au jour une activité nucléaire de 400.000 ans répartie dans une série de zones où avaient lieu des réactions de fission de noyaux atomiques. © US Department of Energy
Pourquoi les roches datant de moins de 2,5 milliards d'années sont-elles si pauvres en uraninite ? Cet oxyde d'uraniumuranium (UO2 et UO3, plus quelques autres éléments, dont du thoriumthorium) a longtemps été craché par les volcans et s'est accumulé dans les couches géologiques anciennes avant d'en disparaître. C'est à peu près à cette époque, vers 2,5 milliards d'années avant le présent, que les océans et l'atmosphère terrestres se sont rapidement enrichis en oxygène, produit par les premiers organismes réalisant la photosynthèse, des cyanobactéries.
Ce n'est pas une coïncidence ! expliquent Laurence Coogan et Jay Cullen, deux chercheurs de l'université de Victoria (Canada). Dans la revue Geological Society of America Today, ces deux chercheurs détaillent une hypothèse selon laquelle les organismes photosynthétiques utilisant l'eau et rejetant de l'oxygène auraient déclenché, indirectement, des réactions nucléairesréactions nucléaires en chaînes sur les rivages océaniques.
Selon Laurence Coogan et Jay Cullen, tout a commencé il y a plus de trois milliards d'années quand l'uraninite, produite par les volcans, s'est accumulée au fond des premiers lacs. Par la suite, l'oxygénation des océans, causée par des pluies riches en eaux oxygénées puis par le grand succès des organismes photosynthétiques et émettant de l'oxygène (un polluant terrible pour les autres organismes de l'époque), a permis la dissolution de l'uraninite dans l'eau de mer.
Cet oxyde d'uranium se serait alors accumulé sur les rivages, là où les eaux étaient plus pauvres en oxygène. En sédimentant, ce lourd minérai se serait concentré, permettant d'atteindre les conditions critiques (teneur idéale en uranium et bonne proportion d'isotopesisotopes, sans oublier la présence d'eau, qui ralentit la réaction).
Le schéma proposé pour expliquer l'apparition de réacteurs nucléaires naturels à faibles profondeurs, le long des côtes. Avant la période de l'oxygénation des océans et de l'atmosphère (image du haut), l'uraninite (UO2), produite par les éruptions volcaniques puis emportée par les cours d'eau, s'est accumulée sur les continents, dans des lacs et dans les estuaires où ce minerai lourd se retrouvait au fond (sorting). Pendant ce temps, dans l'atmosphère, les réactions de photolyse produisaient de l'eau oxygénée (H2O2). Dans l'océan, cette pluie a enrichi en oxygène les couches superficielles des océans. Cet apport d'O2 a réduit la quantité fer (Fe2+) et de molécules, comme le sulfure d'hydrogène (H2S), qui servaient aux micro-organismes réalisant la photosynthèse sans émission d'oxygène (anoxygenic photosynthesizer). Ce qui a favorisé les organismes qui, eux, réalisaient la photosynthèse en utilisant l'eau et en rejetant de l'oxygène (proto-oxygenic photosynthesiser). Quand la teneur en oxygène a augmenté (image du bas) et là où elle était plus importante (oxic), l'uraninite s'est plus facilement dissoute dans l'eau (U6+) pour aller se déposer aux marges de ces zones oxygénées (anoxic). Cet apport d'uraninite a migré dans le sédiment et s'est accumulé. La teneur en 235U, plus forte à l'Archéen qu'aujourd'hui, permettait d'atteindre les conditions critiques pour le déclenchement de réactions nucléaires (Natural Fission Reactor). © Laurence Coogan et Jay Cullen / GSA Today
Un sédiment radioactif, une aubaine pour des bactéries résistantes ?
Que des réactions de fissions nucléairesfissions nucléaires aient pu se produire spontanément, voilà qui ne surprend plus les géologuesgéologues depuis la découverte en 1972 de ce que l'on a appelé un réacteur naturel. Cette année-là, au mois de juin, un échantillon d'uranium s'est révélé, au cours d'une analyse de routine, anormalement pauvre en uranium 235 (235U) par rapport à l'isotope le plus courant, l'uranium 238 (238U). Le minerai provenait d'une mine gabonaise, sur le site de Oklo. Après vérification sur place, on constata effectivement que la teneur en 235U descendait jusqu'à 0,4% alors que la moyenne est de 0,7%. La différence était stupéfiante car cette proportion semble rigoureusement déterminée.
L'uranium 235 se désintègre en effet beaucoup plus vite que l'uranium 238 (les demi-viesdemi-vies respectives sont de 710 millions d'années contre 4,5 milliards d'années). Depuis que la TerreTerre s'est formée, le minerai d'uranium s'appauvrit inexorablement en uranium 235 à un rythme immuable.
A l'époque de l'ArchéenArchéen, la proportion de 235U était plus élevée et une accumulation d'uranium dans un minérai pouvait alors conduire aux conditions critiques qui déclenchent les réactions de fission quand les neutronsneutrons émis par la radioactivitéradioactivité parviennent à casser les noyaux voisins. L'explication a satisfait les plus sceptiques et on parle depuis du phénomène de Oklo. Récemment, un physicienphysicien et un géochimiste (Rob de Meijer et Wim van Westrenen) ont émis l'hypothèse que des réacteurs nucléaires naturels ont pu se former dans les entrailles de la Terre, à l'interface entre le noyau et le manteaumanteau.
Les réacteurs nucléaires naturels ont à coup sûr existé, au moins en profondeur. Mais qu'il y en eût un jour des millions à la surface, voilà une idée bien plus surprenante. Actuellement, on détient 17 cas avérés de tels phénomènes qui étaient donc peut-être rarissimes. A l'appui de leur thèse, les auteurs font témoigner l'étonnante bactériebactérie Deinococcus radiodurans, un organisme qui, curieusement, supporte des quantités de radiations phénoménales. Cette résistancerésistance requiert des adaptations complexes (en fait des mécanismes de réparation de l'ADNADN).
Or, de tels rayonnements n'existant pas sur Terre, on ne voit pas comment la sélection naturellesélection naturelle aurait pu les mettre en place. Et si des bactéries avaient appris à vivre dans des environnement radioactifs, là où leurs concurrentes ne pouvaient s'aventurer ?
