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Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
UMR 7590 - UPMC/CNRS/IRD/MNHN

Soutenance de thèse de Haohao Yi le mardi 27 septembre 2013 à 10 h 30

IMPMC, Université P. et M. Curie, 4, Place Jussieu, 75005 Paris

Salle de conférence, 4e étage, Tour 22-23, Salle 401

Cristallochimie des apatites biologiques et géologiques: marqueurs minéralogiques de la fossilisation

 

 

 

 

Résumé

Cette Thèse a pour but d’étudier la cristallochimie des apatites, constituants majeurs des dents et des os des vertébrés, afin de discuter leur utilisation comme marqueurs de la fossilisation. Nous avons combiné des techniques expérimentales avancées (spectrométrie IR à basse température et RMN du solide) et des modélisations théoriques réalisées par des méthodes ab initio de type DFT.
Le mécanisme de substitution des groupes carbonate aux groupes phosphate dans la "francolite" a pour la première fois été élucidé. L’accord entre les résultats expérimentaux et leurs contreparties théoriques a permis de valider un modèle de substitution couplée où le carbonate occupe l'une des faces du site tétraédrique et le fluor le sommet opposé. Les propriétés spectrométriques spécifiques de ce défaut ont été déterminées et permettent son identification dans les échantillons naturels. D'autres modèles d'incorporation du carbonate ont également été étudiés et discutés à la lumière des résultats expérimentaux.
Ces résultats ont ensuite été appliqués à l'étude de la transformation de fossiles de dents et d’os. L'identification de l'environnement du carbonate de type "francolite" dans les échantillons d'émail de dents fossiles implique que celles-ci se transforment par dissolutionrecristallisation.
Cette observation est donc susceptible de remettre en cause l'utilisation des fossiles les plus transformés pour les reconstitutions paléo-environnementales. En comparaison, la fossilisation des os procède par un mécanisme plus complexe impliquant des réorganisations précoces de la structure phosphatée suivies à plus long terme par des remplacements par dissolution-recristallisation.


Abstract

This Thesis aims to study the crystal-chemistry of apatite, the main mineral constituent of vertebrate bones and teeth, in order to discuss its use as marker of fossilization. We have combined advanced experimental techniques (FTIR at low temperature and solid-state NMR MAS) and theoretical ab initio modelling carried out by DFT methods.
The substitution mechanism of carbonate groups for phosphate groups in the sedimentary carbonate fluorapatite (francolite) has been for the first time elucidated. The agreement between experimental results and their theoretical counterparts allows validating a model of coupled substitution where carbonate occupies one face of the tetrahedral site and fluorine the opposite vertex. Specific spectroscopic properties of this defect have been determined and allow its identification in natural samples. Other models of carbonate incorporation have also been investigated and discussed under the light of experimental results.
These results have been then applied to the study of the transformation of fossil teeth a bones. The identification of the "francolite-type” carbonate defect in fossil tooth enamel implies that their transformation may occur through dissolution and recrystallization mechanisms. Our findings challenge the use of the most transformed fossils for paleoenvironmental reconstructions. In comparison, the fossil bones proceed by a complex mechanism involving early reorganization of the phosphate structure followed by longer-term replacements by dissolution-recrystallization mechanisms.

 

Composition du jury

M. Patrick ECHEGUT (CNRS-CEMHTI) Rapporteur
M. Armand MASION (CNRS-CEREGE) Rapporteur
M. Fabio FINOCCHI (CNRS-INSP) Examinateur
M. Bruno REYNARD (CNRS-Laboratoire de Géologie de Lyon) Examinateur
M. Christophe FALGUERES (CNRS-MNHN) Examinateur
Mme Christel GERVAIS (UPMC-Collège de France) Invitée
M. Loïc SEGALEN (UPMC-ISTEP) Invité
M. Etienne BALAN (IRD-IMPMC) Directeur de Thèse

Cécile Duflot (cecile.duflot @ impmc.upmc.fr) - 17/02/16

Traductions :

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    Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie - UMR 7590

    Université Pierre et Marie Curie - 4, place Jussieu - BC 115 - 75252 Paris Cedex 5

     

    Adresse physique

    Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie - UMR 7590

    Université Pierre et Marie Curie - 4, place Jussieu - Tour 23 - Barre 22-23, 4e étage - 75252 Paris Cedex 5

     

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