Une étude, dont les résultats intitulés «Immiscible hydrocarbon fluids in the deep carbon cycle» sont publiés dans la revue Nature Communications, a permis d'identifier une nouvelle source d’hydrocarbures dans le cycle profond du carbone du fait que l’acétate peut potentiellement être stable dans le manteau terrestre.

Rappelons tout d'abord, que «l'acétate est une molécule simple à deux atomes de carbone, que l’on retrouve dans de nombreux environnements naturels, dans les océans, les lacs et les saumures associés aux réservoirs de pétrole par exemple» et qui «est impliquée dans de nombreuses réactions biochimiques cellulaires (incluant la fermentation avec la fabrication du vinaigre)».

En outre, «l'ubiquité de l’acétate conduit à le retrouver fréquemment dans les pores des sédiments, y compris ceux qui entre en subduction». Ainsi, alors que jusque très récemment on pensait qu'aux températures typiques des zones de subduction et relative basse pression, «le carbone transporté dans les zones de subduction se transformait en dioxyde de carbone et méthane», l'hypothèse que l’acétate pouvait être potentiellement stable dans le manteau terrestre a été avancée. L'objectif de l'étude ici présentée a été de la tester «à Lyon par des expériences en cellule à enclumes de diamant».

Plus précisément, «une solution aqueuse d’acétate de sodium a été comprimée dans une cellule à enclume de diamant, jusqu’à 3,5 GPa (35 000 fois la pression atmosphérique)». Chauffée à 300°C «pendant parfois 60 heures» à haute pression, la solution a été observée «par spectroscopie Raman in situ». De la sorte, la transformation progressive de l’acétate a été notée et les nouveaux composés formés identifiés.

Ainsi, «après quelques heures seulement, des gouttelettes d’hydrocarbure immiscible sont apparues, qui contiennent essentiellement de l’isobutane avec un peu de méthane, d’éthane et de propane»: concrètement, «environ 45% de l’acétate s’est transformé en isobutane liquide à haute pression mais il reste immiscible dans l’eau». Il est donc «possible que l’isobutane puisse migrer indépendamment de l’eau, facilitant la circulation du carbone dans le cycle profond».

A partir de cette découverte expérimentale, «une modélisation thermodynamique plus large a étudié la transformation de l’acétate en présence de trois types de roches, dans des conditions de pression et de température plus vastes, afin de se rapprocher des conditions complexes de l’intérieur de la Terre». Le modèle élaboré «prédit des quantités d’isobutane un peu inférieures à celles obtenues en cellule à enclumes de diamant, mais confirme que les hydrocarbures dont l’isobutane devraient être stables dans les conditions de haute pression des zones de subduction».

Il en résulte qu'après leur formation dans le manteau les hydrocarbures «pourraient migrer vers la croûte terrestre, où ils vont probablement se transformer en méthane et dioxyde de carbone, et fournir une source de carbone et d’énergie aux microbes de la biosphère profonde». De plus, «dans le cas où ces hydrocarbures et l’acétate seraient emportés à plus grande profondeur, ils pourraient contribuer à la formation des diamants».

En fin de compte, «cette découverte questionne l’état du carbone dans le manteau terrestre et des planètes plus généralement», car «l'existence d’une fraction d’hydrocarbure permet évidemment une plus grande mobilité et potentiellement l’alimentation d’une biosphère profonde».