Soutenance de thèse
Titre : « Mineral spirits: The redox transformations of CO2 & CH4 mediated by Fe2+/3+ oxyhydroxide “green rust” minerals »
Composition du jury
Rapporteurs
Laurent CHARLET, Professeur Emérite, Université de Grenoble Alpes
Abderrazak EL ALBANI, Professeur, Université de Poitiers
Examinateurs
Anabella IVANCICH, Directrice de Recherche, CNRS
Christian RUBY, Professeur, Université de Lorraine
Simon DUVAL, Membre invité, Chargé de recherche, CNRS
Michael J. RUSSELL Membre invité, Professeur Emérite, Université de Turin
Président du Jury
François GUYOT, Professeur, Sorbonne Université
Directeurs de thèse
Daniel FERRY Directeur de thèse, Chargé de recherche, CNRS
Wolfgang NITSCHKE Co-encadrant de thèse, Directeur de recherche, CNRS
Résumé :
Le métabolisme biologique existant est alimenté par le transfert efficace d’électrons entre les espèces carbonées et les atomes métalliques coordonnés dans des enzymes spécialement évoluées. Cependant, ce mécanisme d’oxydoréduction n’est pas unique à la biologie, car les métaux naturels et les structures minérales effectuent un transfert d’électrons cryptique dans l’environnement. Ce cycle abiotique d’oxydoréduction du carbone par les minéraux a conduit à l’évolution géochimique des environnements marins et terrestres avant la vie, et il est impliqué dans son émergence. L’homologie structurale entre la coordination du réseau de certains minéraux réactifs et les centres de réaction enzymatique suggère une transition géochimique entre les systèmes chimiques abiotiques et biologiques. Cette thèse explore cette hypothèse et identifie l’oxyhydroxyde nanominéral unique Fe2+/Fe3+ en couches, la « rouille verte » (RV), comme un candidat potentiel pour cette transition en raison de son impressionnant transfert d’électrons et de ses propriétés d’échange ionique polyvalentes. Nous démontrons expérimentalement la nouvelle chimie redox des minéraux de rouille verte de l’oxyhydroxyde de fer en CO2 et CH4 sous différentes conditions (par exemple, pression, température, irradiation UV) et caractérisons les réactions par analyse spectroscopique et spectrométrique (par exemple, XRD, Raman, FTIR, XPS, RMN et GC-MS). Nous identifions divers produits formés à partir de la réduction du CO2 et de l’oxydation du CH4 médiée par la RV, soutenant l’hypothèse que la vie a pu émerger de minéraux réactifs qui médient des voies chimiques organiques complexes imitant les métabolismes de fixation du carbone existant. De plus, certains produits formés par l’oxydoréduction du carbone médiée par les RV ont de fortes implications sur le forçage climatique précoce et la nature des contrôles abiotiques sur le développement de la biosphère.
Mots clés : redox, oxyhydroxyde de fer, rouille verte, minéral réactif, oxydation du méthane, réduction du dioxyde de carbone, climat, origine de la vie