L'importance de l'échelle nanométrique dans l'interprétation des datations in-situ 

Publié par Adrien le 23/05/2016 à 00:00
Source: CNRS-INSU
Une équipe de chercheurs français de l'Institut des sciences de la Terre de Grenoble (ISTerre, CNRS/UGA/Univ Savoie Mont Blanc/IRD/IFSTTAR) et du Laboratoire magmas et volcans de Saint-Etienne et Clermont-Ferrand (LMV CNRS/UBP/UJM) démontre la nécessité de procéder à des mesures nanométriques dans les chronomètres géologiques que sont certains minéraux comme la monazite, pour identifier et dater correctement les différentes étapes de cristallisations ou d'altération. Cette étude qui représente une avancée importante dans le domaine de la géochronologie, a été publiée dans la revue Geology.

La datation in-situ a bouleversé la géochronologie en permettant de dater et distinguer les épisodes géologiques enregistrés par une roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la...) à partir de la datation d'un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon l'Union internationale de cristallographie, tout solide...). C'est par exemple en datant des micro-domaines dans des cristaux de zircons (Jack Hills, Australie), que le plus vieux matériel terrestre, datant de 4,4 Milliards d'années, a été découvert.

La monazite (phosphate d'éléments de terres rares) est l'un des minéraux le plus utilisé pour la datation in-situ, car elle cristallise dans des conditions géologiques très diverses (diagénétiques, métamorphiques, magmatiques et hydrothermales). De plus, ce minéral enregistre et accumule les informations à partir du début de sa cristallisation (âge zéro) et les conserve tant qu'il n'est pas affecté par un nouvel épisode de cristallisation qui remettra ses "pendules" à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure solaire »...) en remettant son chronomètre à zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans...). A chaque évènement correspondra donc un domaine de composition et d'âge différent, si bien sûr le cristal n'est pas entièrement dissout lors d'un de ces épisodes. Différentes zones sont alors observées grâce aux techniques de microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles à l'œil nu,...) électronique (Back-Scattered Electron, BSE, Figure A) et leur datation in-situ permet, en théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...), d'obtenir les âges successifs de cristallisation.


Figure A- Image de Microscopie Electronique à Balayage en électrons rétrodiffusés (BSE) d'une monazite de Madagascar (mnz1 en gris clair) partiellement altérée (alt mnz en gris foncé). B- Cristal de monazite altéré en laboratoire à 500°C, vu en BSE, montrant des textures similaires à celle de Madagascar. C- Résultats de l'analyse in situ par Microsonde électronique (EPMA) dans la zone altérée de la figure B (alt mnz). L'âge ainsi obtenu n'a aucune signification (âge intermédiaire entre celui de la monazite primaire -554 Ma- et celui de l'expérience - 0 Ma). D- L'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) nanométrique au MET (STEM-DF) de la coupe FIB (localisation en B) révèle la présence de domaines nanométrique de monazite secondaires sans Pb (mnz2 ; âge 0 Ma) et de monazite primaires (mnz1). Le domaine analysé par EPMA (délimité par les tirets en rouge) donnera un âge sans aucune signification puisque résultant de l'analyse de mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi...) de ces domaines nanométriques (mnz1 + mnz2).

Dans cette étude combinant expériences hydrothermales (300-600°C, 2kbar, fluides NaOH) et analyses de pointe jusqu'à l'échelle nanométrique, des chercheurs des laboratoires ISTerre (Grenoble) et LMV (Saint-Etienne et Clermont-Ferrand), démontrent que l'échelle micrométrique, atteinte par les techniques de datation in-situ utilisées actuellement (Microsonde électronique-EPMA et Ablation Laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain...) couplée à un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de molécules par exemple en...) de masse-LA-ICP-MS), pourrait se révéler encore insuffisante pour obtenir des âges ayant une signification géologique.

Des cristaux de monazite initialement homogènes ont été altérés expérimentalement. L'observation des produits expérimentaux au Microscope Electronique à Balayage révèle une monazite zonée avec des domaines primaires (mnz1) entourés d'une bordure d'altération (alt mnz-figure B). Pour vérifier si les âges sont effectivement bien remis à zéro lors de ce nouvel épisode de cristallisation en laboratoire, les zones altérées ont été datées in-situ par les méthodes classiques (LA-ICP-MS au LMV et microsonde électronique à ISTerre). Les deux techniques convergent ( en astronautique, convergent en mathématiques, suite convergente série convergente ) et donnent des âges intermédiaires entre celui de la monazite initiale (datée à 554 ± 11 Ma) et un âge zéro (Figure C), celui de l'expérience. Par exemple, lors de l'expérience à 500°C l'analyse in situ dans la monazite altérée (Figure B) donne un âge intermédiaire centré autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) de 163 ± 54 Ma (Figure C). Seule l'analyse par Microscopie Electronique en Transmission (MET) de coupes FIB (Focused Ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se traduisant par « allant, qui va ».) Beam) réalisées à l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir fonctionner...) entre ces auréoles de monazites altérées et la monazite primaire (Figure B), permet de fournir une explication quant à cette remise à zéro partielle. Lors de l'altération, à l'échelle nanométrique, le remplacement dans les domaines altérés de monazite primaire par de la monazite secondaire est incomplet (Figure D): ces domaines sont constitués d'un mélange nanométrique de monazite secondaires sans Pb (mnz2) et de monazite primaires (mnz1). La mesure in situ, par exemple par EPMA (Figure D; volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) analysé visualisé par les tirets en rouge), correspondra à une analyse de mélange de domaines nanométriques (mnz1 + mnz2) et donnera un âge sans aucune signification géologique !

Cette étude a des implications très importantes en géochronologie puisqu'elle propose une nouvelle explication à certaines perturbations des systèmes chronométriques et pourra certainement permettre de mieux appréhender certains âges obtenus dans des minéraux montrant des zonations complexes. La solution passe certainement par un couplage étroit entre mesures d'âges in situ et caractérisations à l'échelle nanométrique !
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.967 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique