1 La datation radiom¨trique : principes et m©thodes

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  • Synthse bibliographique 1er semestre 2006-2007 M2 Recherche DSGA

    Les avances rcentes de la gochronologie et de ltude microstructurale ont permis de dater des microstructures et donc den dduire des vitesses de dformation. Ce sujet se propose dexplorer ces nouvelles approches, de faire le point des avances rcentes en la matire, et den valuer les implications futures. Responsable : Yann Rolland. Coordinateur : Nicole Bethoux

    THEUNISSEN THOMAS

  • Theunissen M2DSGA 2006-2007 - Synthse bibliographique 1

    SOMMAIRE SOMMAIRE ............................................................................................................................. 1 INTRODUTION : Etudes microstructurales, dformation et gochronologie ......................... 2 1 La datation radiomtrique : principes et mthodes ................................................................ 3

    1.1 Notions de base ............................................................................................................... 3 1.2 Principes de datation avec le couple Rb/Sr ..................................................................... 3 1.3 Temprature de blocage .................................................................................................. 4 1.4 Principes de datation avec le couple K/Ar ...................................................................... 5 1.5 Dformation et circulation de fluides.............................................................................. 5

    2 La datation radiomtrique des dformations : techniques et mthodologie........................... 6

    2.1 La mthode...................................................................................................................... 7 2.2 Ltude texturale et structurale........................................................................................ 7 2.3 Datation de la dformation.............................................................................................. 7

    2.3.1 Lge dune dformation partir de lanalyse des minraux synchrones............... 8 2.3.1.1 Dterminer lge du jeu dune faille ..................................................................... 8 2.3.1.2 Dterminer lge des roches de hautes pression ................................................ 10 2.3.2 Dterminer la vitesse de dformation .................................................................... 10 2.3.2.1 Dterminer un taux de dformation .................................................................... 10

    3 Contraindre les dformations dans le temps : discussions et amliorations futures ............ 12

    2.3.1 Datation 87

    Rb/87

    Sr .................................................................................................. 12 2.3.2 Datation

    40Ar/

    39Ar .................................................................................................. 12

    2.3.3 Datation U-Th-Pb .................................................................................................. 13 2.3.4 Datation Sm/Nd et Lu/Hf........................................................................................ 13 2.3.5 Discussion .............................................................................................................. 13

    CONCLUSION : Implications futures des nouvelles mthodes ............................................. 15 BIBLIOGRAPHIE .................................................................................................................. 16 Sites WEB ............................................................................................................................... 18 ANNEXES .............................................................................................................................. 19

    ANNEXE 1 : Principe de la radiochronologie .................................................................... 19 ANNEXE 2 : Principales techniques utilises en gochronologie...................................... 20 ANNEXE 3 : Vue densemble des mthodes faisant le lien entre gochronologie, texture et gochronologie .................................................................................................................... 21 ANNEXE 4 : Protocole Micro chantillonnage et datation Rb/Sr (inspir daprs Mller et al., mai 2000)....................................................................................................................... 22

    ABSTRACT .............................................................................................................................. 0 RESUME................................................................................................................................... 0

  • Theunissen M2DSGA 2006-2007 - Synthse bibliographique 2

    INTRODUTION : Etudes microstructurales, dformation et gochronologie

    Le temps est le paramtre le plus important de la gologie. Associ aux autres paramtres que sont la ptrologie des roches, la pression et la temprature, ils permettent de caractriser les processus gologiques en terme dge, de dure et de vitesse des phnomnes. La gochronologie a pour but dattribuer un ge un objet (datation absolue). Le gologue a pour travail dinterprter cet ge afin de pouvoir lutiliser dans une dmarche de comprhension et de caractrisation dun phnomne gologique.

    Pour cela il faut avoir conscience de la mthode et de la technique mises en jeu dans la mesure de ces ges afin de pouvoir en attribuer une relle valeur gologique. La datation absolue des roches utilise la radioactivit principalement. La gochronologie utilise donc la dsintgration radioactive pour estimer lge dun objet. Cet objet peut tre une roche entire, un minral et mme de nos jours une fraction dun minral. Le problme de la datation gochronologique est la connaissance des changes des lments chimiques entre lobjet tudi et lextrieur en fonction des paramtres de pression, temprature, prsence de fluides et dformation. En effet, il est possible de dterminer un ge seulement si lobjet est rest ferm pour lun des deux lments du couple pre/fils.

    La gochronologie doit donc connatre les caractristiques (t1/2, conditions de migration, minraux daccueil) de tous les lments radioactifs utilisables et connatre les conditions de formations et dchanges dlments chimiques des minraux utiliss pour la datation.

    Quand il sagit de roches magmatiques, la datation est aise et tiens compte du principe de temprature de fermeture. Par contre, cette seule notion ne suffit plus quand il sagit de prciser lge, la dure et les vitesses de dformation dans les roches mtamorphiques. En effet, les principales roches que lon trouve sur les continents sont en majorits des roches mtamorphiques souvent dformes.

    Cette dformation lintrieur de la crote terrestre est souvent localise dans les zones de cisaillement et elle est caractrise par des assemblages de roches typiques telles les mylonites dans la crote suprieure cassante. Ceux-ci permettent de connatre les conditions de pression, de temprature, le sens de dplacement et parfois le taux de contraintes accumules mais il nest pas possible dtablir lvolution temporelle des zones cisaillantes.

    La connaissance des assemblages minralogiques lquilibre, des conditions pression temprature, des changes chimiques, de la prsence de fluides et de la dformation permet de choisir avec soins les parties microscopiques des minraux analyser pour permettre de dater la dformation dans ces zones. Ces nouvelles mthodes ncessitent donc une tude texturale et une tude ptrologique des roches mtamorphiques prcises mais aussi et des techniques danalyses de micro - chantillons ne contenant que des masses trs faibles des lments chimiques pre - fils tudis. Les avances rcentes de la gochronologie et de ltude microstructurale permettent de dater des microstructures et donc den dduire des vitesses de dformation. Comment sont ralises ces analyses ? Quelles sont les limites de ces nouvelles mthodes ? Quelles sont les implications futures de ces mthodes et techniques de datation ?

    Dans un premier temps, il sera fait un rappel sur le principe de la datation absolue, les techniques ncessaires aux mesures afin de dgager ltat des connaissances au moment de lvolution actuelle des techniques et des mthodes. Ensuite, partir dexemples, nous expliciterons le principe actuel de datation des dformations. Enfin, nous discuterons de ces mthodes et aborderons les amliorations apporter en lien avec chaque couple isotopique utilis puis nous conclurons sur les implications futures de ces avances rcentes en gochronologie. Mots cls : gochronologie, datation absolue, dformation, mthodes, techniques.

  • Theunissen M2DSGA 2006-2007 - Synthse bibliographique 3

    1 La datation radiomtrique : principes et mthodes

    1.1 Notions de base

    La gochronologie absolue permet de donner un ge absolu un objet dont la nature est prciser selon les situations : il peut sagir dun minral, dun fragment de minral ou dun fragment de roche.

    La datation absolue repose sur lutilisation des lments radioactifs qui ont la caractristique de se dsintgrer une certaine vitesse en fonction du temps, cest pourquoi on parle aussi de radiochronologie. Parmi les lments radioactifs utiliss pour la datation, on peut citer, pour les plus couramment utiliss, les isotopes 14C, 235U, 238U, 232Th, 147Sm, 87Rb, 40K et 176Lu qui se dsintgrent respectivement en 14N, 207Pb, 206Pb, 208Pb, 143Nd, 87Sr, 40Ar et 176Hf. Llment radioactif subit une dcroissance radioactive en fonction du temps selon la

    formule [ ] [ ]0. tP P e = (Annexe 1). Chaque lment radioactif est caractris par sa priode de demi-vie, sa

    constante de dsintgration et son type de dsintgration (Annexe 1). Un point important de la radiochronologi