Détecter l'indétectable: vers une nanogéochronologie ?
Publié par Redbran le 12/11/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSU
Une équipe internationale de chercheur(e)s impliquant le Laboratoire magmas et volcans (LMV/OPGC, CNRS/UJM/UCA/IRD), le Centre de recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique(CIMAP, CEA/CNRS/ENSICAEN/UNICAEN), ouvrent la voie vers la géochronologie à l'échelle nanométrique et la possibilité de tracer des processus indétectables à plus grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande hauteur....). Ces résultats inédits sont issus de la combinaison (Une combinaison peut être :) de deux techniques analytiques de pointe, le Microscope Electronique en Transmission et la Sonde Atomique Tomographique (La Sonde atomique tomographique est une technique d'analyse qui entre dans la catégorie plus vaste des microscopes à effet de champ (field emission microscope) et qui consiste à ioniser des atomes d'un...).


Etude combinée MET/APT de coeurs de monazites riches en S. Reconstruction 3D d'un échantillon analysé par APT (à gauche) et images STEM-HAADF et cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données...) chimique du S et Ca au MET du même échantillon (à droite); notez la présence de nano-clusters riches en Ca, S (MET/APT) et Pb (APT). En APT, chaque "point (Graphie)" correspond à un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué d'un...) et le 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.) total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme....) analysé ici correspond à 20 Millions d'atomes.

La mesure du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) est fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) pour comprendre l'évolution planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres...) et contraindre tous les événements qui ont façonné la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus...) et les autres planètes. La technique de datation la plus largement utilisée est basée sur la désintégration radioactive des isotopes pères (U et Th) en isotopes fils (Pb) dans des minéraux accessoires tels que le zircon et la monazite. La principale hypothèse sur laquelle repose la datation radiométrique est que les radionucléides (pères et fils) sont immobiles dans le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) cristallin du minéral hôte. Cependant, cette hypothèse est souvent transgressée et il est finalement assez fréquent d'avoir une redistribution des éléments parents (U, Th), et du Pb (radiogénique ou pas) dans ces minéraux au cours de leur histoire, rendant l'interprétation géochronologique incertaine. Par exemple, dans les systèmes U-Pb, une perturbation des systèmes sera identifiée par des dates U/Pb et U/Pb discordantes. Cependant un faible pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une expression comme « 45 % » (lue « 45 pour...) de discordance ne sera pas résolu analytiquement, entrainant des analyses en apparence concordantes s'étalant le long de la Concordia. De telles distributions seront très difficiles à interpréter car pouvant signifier aussi bien une croissance continue prolongée, plusieurs épisodes de croissance épisodique de courte durée qu'une perturbation U-Pb des chronomètres. De récentes études ont montré que pour comprendre les mécanismes responsables des mobilités isotopiques père-fils, et ainsi fournir une interprétation rigoureuse des dates, il est nécessaire d'améliorer la résolution spatiale et donc caractériser les échantillons à l'échelle nanométrique.

Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à des cristaux de monazite provenant de Granulites de Ultra-Haute Température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante,...) (UHT ; >900°C) du Rogaland (Norvège). Ces monazites ont enregistré des dates U-Pb concordantes (mesurées par LA-ICP-MS ; Laurent et al., 2016) s'étalant sur plus de 100 Ma, dans trois domaines intra-cristallins donnant des âges isotopiques U-Pb distincts de 1034 ± 6 Ma (D1; coeur riche en S), 1005 ± 7 Ma (D2) et 935 ± 7 Ma (D3). L'analyse combinée par Microscope Electronique en Transmission (MET) et Sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les mesures in situ...) Atomique Tomographique (APT) de ces cristaux de monazite révèle l'isolement de deux réservoirs de Pb radiogéniques (Pb*) différents à l'échelle nanométrique. Les coeurs de ces monazites (D1) contiennent des nano-clusters (5-10 nm) riches en CaSO4 (Figure) exsolvés lors du refroidissement. Notre étude montre que pendant toute la durée du métamorphisme de UHT (100 Ma), le Pb* est mobile, diffuse en continu et est piégé dans ces nano-clusters. On a donc une remise 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 l’écriture des nombres en notation...) (système ouvert) du système chronométrique Th/Pb à l'échelle nanométrique qui aboutit à la formation d'une matrice appauvrie en Pb* et de nano-clusters enrichis en Pb* (Figure). Lorsque la température devient trop basse pour que le Pb* diffuse (<700°C), le système chronométrique se ferme (y compris à l'échelle nanométrique); la matrice enregistre donc le rapport isotopique Th/Pb correspondant à la fin du métamorphisme de UHT. Le système, qui est par contre resté clos à l'échelle du grain (µm ; monazite bulk, Figure), enregistre l'âge de cristallisation lors du métamorphisme de UHT (à 1 Ga) et valide de fait les analyses LA-ICP-MS obtenus précédemment (Laurent et al., 2016).

Cette étude a été possible grâce au soutien du CNRS (SYSTER-INSU) et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Saint-Etienne (AO UJM).

Référence publication:
Seydoux-Guillaume A-M., Fougerouse D., Laurent A.T., Gardes E., Reddy S.M., and Saxey D. (2018) Nanoscale resetting of the Th/Pb system in an isotopically-closed monazite grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est généralement accompagné de précipitations. Il se produit généralement au...): a combined Atom (L'appellation Atom se réfère à deux standards liés.) Probe and Transmission Electron Microscopy study, Geoscience Frontiers, doi:10.1016/j.gsf.2018.09.004

Contact chercheuse:
Anne-Magali Seydoux-Guillaume, LMV

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