À la recherche de traces de vie dans une roche analogue de Mars : le chert de Kitty’s Gap

Searching for traces of life in a Mars analogue rock : The Kitty’s Gap Chert

• Auteur / Autrice : Laura Clodoré
• Direction : Frances Westall, Frédéric Foucher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géologie / Exobiologie
• Date : Soutenance le 12/12/2023
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de biophysique moléculaire (Orléans ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Manuel Moreira
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Manuel Moreira, Mark Van Zuilen, Eva E. Stüeken, Tomaso Bontognali, Christian Mustin, Jean-Gabriel Bréhéret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mark Van Zuilen, Eva E. Stüeken

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composition chimique

Origines

Matière organique

Biogénicité

Mars (planète) -- Exploration

Paléoenvironnement

Paléoécologie

Paléontologie

Pilbara (Australie ; région)

Exobiologie

Archéen

Sciences de la Terre

Mots clés libres

Exobiologie

Mars

Terre primitive

Matière organique

Biosignatures

Analogues

Microfossiles

Microanalyses

Multi-échelle

ExoMars

Mars 2020

Mission de retour d'échantillons

Astrobiology

Mars

Early Earth

Organic matter

Biosignatures

Analogues

Microfossils

Microanalyses

Multi-scale

ExoMars

Mars 2020

Mars Sample Return (MSR)

Résumé

L’objectif de cette thèse est de caractériser la matière organique associée à de potentielles traces de vie fossiles dans des roches terrestres anciennes afin de maximiser la détection de microfossiles analogues à ceux que l’on pourrait trouver sur Mars et leurs biosignatures associées. Les sédiments volcaniques du chert de Kitty’s Gap, âgé de 3,446 milliards d’années, contiennent des formes de vie primitive supposées considérées comme analogues de potentiels organismes primitifs martiens. Des techniques d’analyses complémentaires multi-échelles ont été utilisées pour documenter l’habitabilité du paléoenvironnement et évaluer la syngénicité et la biogénicité des traces de vie fossiles supposées. Des analyses sédimentologiques, pétrologiques, minéralogiques et géochimiques ont permis de reconstruire le paléoenvironnement de dépôt des sédiments du chert de Kitty’s Gap en se basant sur des observations macroscopiques et optiques, ainsi que sur des analyses spectroscopiques (fluorescence à rayons X, Raman, ICP-MS…). Les résultats démontrent que les sédiments se sont déposés dans un bassin semi-fermé, influencé par les marées, les rivières et les fluides hydrothermaux, dont les conditions sont compatibles avec la colonisation et le développement de la vie microbienne. Des analyses morphologiques, élémentaires et moléculaires de la matière carbonée associée aux restes dégradés de microfossiles potentiels ont confirmé sa syngénicité et sa biogénicité. En particulier, la combinaison d’analyses élémentaires (fluorescence à rayons X et PIXE) et moléculaires (DUV et FTIR) ont révélé un enrichissement en métaux traces (e.g., V, Cr, Fe, Zn) et molécules aromatiques et aliphatiques associés à la matière carbonée, soutenant son origine biologique. Des observations MEB et MET ont permis d’observer des structures amorphes (e.g., films carbonés, cellules coccoïdales et lenticulaires) interprétées comme des restes dégradés de microorganismes et leurs produits (e.g., EPS). Néanmoins, une petite fraction de particules détritiques graphitisées d’origine probable du manteau (abiotique) et/ou biologique ont été identifiées. Cette étude souligne l’importance de préparer en amont l’analyse des échantillons de retour de Mars et sert d’exemple pour l’élaboration de protocoles pour la recherche de traces de vie fossiles dans les roches martiennes.

The objective of this thesis is to characterize the organic matter associated with potential traces of fossil life in ancient terrestrial rocks in order to maximize the detection of microfossils analogous to those that could be found on Mars and their associated biosignatures. Volcanic sediments from the 3.446 billion-year-old Kitty's Gap Chert contain putative primitive life forms considered analogues of potential primitive Martian life. I used complementary multi-scale analytical techniques to document the habitability of the paleoenvironment and assess the biogenicity and syngenicity of putative fossil traces of life. Sedimentological, petrological, mineralogical and geochemical analyses were used to reconstruct the paleoenvironment of deposition of the Kitty's Gap Chert sediments based on macroscopic and optical observations, as well as spectroscopic analyses (X-ray fluorescence, Raman, ICP-MS…). The results demonstrated that the sediments were deposited in a semi-enclosed basin, influenced by tides, rivers and hydrothermal fluids, whose conditions are compatible with the colonization and development of microbial life. Morphological, elemental and molecular analyses of the carbonaceous matter associated with the putative degraded remains of microfossils, as well as its multi-scale distribution, confirmed its syngenicity and biogenicity. In particular, the combination of elemental (X-ray fluorescence and PIXE) and molecular (DUV and FTIR) analyses revealed an enrichment in trace metal (e.g., V, Cr, Fe, Zn) and aromatic and aliphatic molecules associated with the carbonaceous matter, supporting its biological origin. SEM and TEM observations documented amorphous structures (e.g., carbonaceous films, coccoidal and lenticular cells) interpreted as the degraded remains of microbes and their products (e.g., EPS). Nevertheless, a small fraction of graphitized detrital particles of mantle (abiotic) origin was identified. This study highlights the importance of prior preparations for the study of returned samples from Mars and serves as an example for the development of protocols for the search for fossil traces of life in Martian rocks.