Dissertationen zum Thema „Datation par les traces de fission“

La méthode de datation par les traces de fission de l'uranium s'est révélée unique dans le domaine de la thermochronologie par sa capacité à retracer l'histoire finale du refroidissement et de la dénudation de massifs métamorphiques comme de l'histoire thermique de formations sédimentaires ou la datation de certains matériels volcaniques. Dans ce travail, nous décrivons cette méthode et présentons un ensemble de techniques analytiques mises au point et de calibrations réalisées dans le but d'utilisations ultérieures en géologie. Nous discutons quelques exemples d'application. Dans les Alpes occidentales françaises, l'analyse des traces de fission sur apatites d'échantillons issus du granite des Sept Laux (massif de Belledonne), dans la vallée de l'Eau d'Olle, suggère que cette méthode pourrait apporter une contribution dans la discussion actuelle sur l'origine de certaines vallées alpines. Ainsi, l'ouverture de cette vallée pourrait être la conséquence d'un jeu de failles actives depuis le Miocène moyen jusqu'à l'actuel. La caractérisation par traces de fission des apatites détritiques de dépôts fluviaux pourrait éventuellement être utilisée pour l'étude d'éventuels phénomènes de captures liées à des changements de régimes tectoniques. Nous avons ainsi étudié les apatites d'un paléodelta situé dans la moyenne vallée de l'Isère au niveau du sillon subalpin, et de deux vallées, celles de l'Arc et du Bréda, situées en amont. La distribution des âges traces de fission de ces minéraux n'a pas confirmé un modèle suggéré récemment, qui proposait que le paléodelta étudié pourrait être associé à un «paléo-Arc» plutôt qu'à un «paléo-Bréda». Dans la Meseta occidentale marocaine, trois massifs granitiques (massif de Sebt Brikiine, de Ras El Abiod et de Hjir El Bark) situés dans les Rehamna ont fait l'objet d'une étude thermochronologique. L'analyse des traces de fission dans les zircons et les apatites de ces granites montre qu'ils ont enregistré les grands évènements thermotectoniques ayant affecté la Meseta depuis l'ouverture de l'Océan Atlantique central. Nous montrons comment un modèle de simulation numérique récemment proposé (1994) pour l'analyse des traces de fission dans les apatites permet de préciser l'histoire thermique des massifs considérés depuis le dernier refroidissement au-dessous d'environ 120°C des échantillons analysés. Dans des travaux effectués antérieurement à l'apparition de ce modèle, nous avons montré, d'une part, que les sédiments de la marge transformante de Côte d'Ivoire-Ghana avaient connu une période de réchauffement entre 250°C et moins de 60°C post-datant largement, de manière inattendue, le «balayage» d'une dorsale océanique. D'autre part, dans l'Ile d'Elbe, nous avons apporté les premières données «traces de fission» sur l'histoire de refroidissement de la granodiorite de Monte Capanne. Par ailleurs, au début des années 90, la méthode des traces de fission manquait encore de bons échantillons de référence pour la datation des verres volcaniques. A la suggestion de la Sous-Commission de Géochronologie de l'International Union of Geological Sciences, nous avons étudié les macusanites, obsidiennes du SE péruvien. Les résultats de ce travail suggèrent qu'il faut considérer avec réserve ces verres volcaniques en tant que standards d'âge potentiels, même s'ils conservent une certaine valeur comme matériel d'intercalibration entre laboratoires

La méthode de datation par les traces de fission de l'uranium s'est révélée unique dans le domaine de la thermochronologie par sa capacité à retracer l'histoire finale du refroidissement et dela dénudation de massifs métamorphiques comme de l'histoire thermique de formations sédimentaires ou la datation de certains matériels volcaniques. Dans ce travail, nous décrivons cette méthode et présentons un ensemble de techniques analytiques mises au point et de calibrations réalisées dans le but d'utilisations ultérieures en géologie. Nous discutons quelques exemples d'application. Dans les Alpes occidentales françaises, l'analyse des traces de fission sur apatites d'échantillons issus du granite des Sept Laux (massif de Belledonne), dans la vallée de l'Eau d'Olle, suggère que cette méthode pourrait apporter une contribution dans la discussion actuelle sur l'origine de certaines vallées alpines. Ainsi, l'ouverture de cette vallée pourrait être la conséquence d'un jeu de failles actives depuis le Miocène moyen jusqu'à l'actuel. La caractérisation par traces de fission des apatites détritiques de dépôts fluviaux pourrait éventuellement être utilisée pour l'étude d'éventuels phénomènes de captures liées à des changements de régimes tectoniques. Nous avons ainsi étudié les apatites d'un paléodelta situé dans la moyenne vallée de l'Isère au niveau du sillon subalpin et de deux vallées, celles de l'Arc et du Bréda, situées en amont. La distribution des âges traces de fission de ces minéraux n'a pas confirmé un modèle suggéré récemment, qui proposait que le paléodelta étudié pourrait être associé à un "paléo-Arc" plutôt qu'à un "paléo-Bréda". Dans la Meseta occidentale marocaine, trois massifs granitiques (massif de Sebt Brikiine, de Ras El Abiod et de Hjir El Bark) situés dans les Rehamna ont fait l'objet d'une étude thermochronologique. L' analyse des traces de fission dans les zircons et les apatites de ces granites montre qu'ils ont enregistré les grands évènements thermotectoniques ayant affecté la Meseta depuis l'ouverture de l'Océan Atlantique central. Nous montrons comment un modèle de simulation numérique récemment proposé (1994) pour l'analyse des traces de fission dans les apatites permet de préciser l 'histoire thermique des massifs considérés depuis le dernier refroidissement au-dessous d'environ l20°C des échantillons analysés. Dans des travaux effectués antérieurement à l'apparition de ce modèle, nous avons montré, d'une part, que les sédiments de la marge transformante de Côte d'Ivoire-Ghana avaient connu une période de réchauffement entre 250°C et moins de 60°C post-datant largement, de manière inattendue, son "balayage" par une dorsale océanique. D'autre part, dans l'Ile d'Elbe, nous avons apporté les premières données "traces de fission" sur l'histoire de refroidissement de la granodiorite de Monte Capanne. Par ailleurs, au début des années 90, la méthode des traces de fission manquait encore de bons échantillons de référence pour la datation des verres volcaniques. A La suggestion de la Sous Commission de Géochronologie de l'International Union ofGeological Sciences, nous avons étudié les macusanites, obsidiennes du SE péruvien. Les résultats de ce travail suggèrent qu'il faut considérer avec réserve ces verres volcaniques en tant que standards d'âge potentiels, même s'ils conservent une certaine valeur comme matériel d'intercalibration entre laboratoires.

Le régime tectonique des zones de subduction et la déformation de la plaque chevauchante sont régis par la convergence des plaques lithosphériques, ayant un impact direct sur le couplage intraplaque et parfois sur la géométrie de la plaque plongeante. La Patagonie centrale-nord (40-48°S) constitue une région remarquable pour étudier l’impact des mécanismes profonds, tel que l’horizontalisation de la plaque plongeante, ayant conduit à la surrection de la Cordillère Patagonienne et de son avant-pays. Diverses études sur l’alternance des phases d’exhumation et de subsidence en surface ont été menées le long des Andes. Pourtant, de nombreuses interrogations demeurent sur la magnitude de ces mouvements verticaux à travers le temps et l’espace. Les systèmes de thermochronologie basse-température sont sensibles aux mouvements verticaux impliquant les premiers kilomètres de la croûte supérieure. Ils représentent donc une approche efficace pour localiser, dater et quantifier les périodes de subsidence et d’exhumation les plus significatives. Cette thèse a pour objectif d’examiner les histoires thermiques de la Patagonie centrale-nord, de son avant-pays et de sa Cordillère. Les reliefs andins à ces latitudes ont été largement étudiés par des analyses in-situ, tandis que peu de données de thermochronologie existent dans l’avant-pays. Ainsi, cette étude vise à apporter des connaissances plus approfondies à propos des relations entre la dynamique mantellique et les processus de dénudation à la surface.Trois thermochronomètres (l’U-Pb, les traces de fission et l’(U-Th-Sm)/He) ont été utilisés sur des apatites extraites d’échantillons provenant du substratum ainsi que de sédiments modernes, Cénozoïque et Mésozoïque, tous collectés dans la Cordillère Patagonienne et l’avant-pays, jusqu’à la côte Atlantique. La compilation de ces jeux de données, intégrant des modèles d’inversion thermique et des analyses de provenance, est discutée ici et comparée avec les différents processus géodynamiques proposés pour la Patagonie. Les nouveaux enregistrements de thermochronologie indiquent qu’un épisode d’exhumation majeure de 3 à 4 km a affecté l’intégralité de la Patagonie centrale-nord, Cordillère et avant-pays inclus, de la fin du Crétacé supérieur jusqu’au Paléogène, période correspondant à un épisode de subduction horizontale. Cette phase est suivie d’une période de subsidence de l’avant-pays entre l’Eocène tardif et le Miocène inférieur associé à la retraite du segment en subduction. Les analyses détritiques ont permis de mettre en évidence que, durant cette période, l’évolution de la Cordillère a été caractérisée par des taux d’exhumation post-déformation faibles et constants, et a été le principal contributeur sédimentaire de l’avant-pays proximal et distal. Une contribution locale des reliefs extra-andins a aussi été observée. Finalement, une phase d’exhumation considérable de la Cordillère est reconnue durant le Miocène, et particulièrement le long d’une zone de décrochement dextre active au sein de la Cordillère. Pourtant, cette phase d’exhumation, qui serait induite par un changement de taux de convergence et d’obliquité de la plaque de Nazca, n’est pas détectée régionalement dans l’avant-pays, ce qui signifie que la déformation y a été mineure. Comme aucun mouvement vertical notable n’a affecté l’avant-pays durant le Néogène, les rares âges Oligo-Miocène identifiés dans l’avant-pays ont été imputés à des processus magmatiques intraplaques
The change in plate kinematics, which may have affected slab dip, can deeply influence the interplate coupling and consequently the deformation of the overriding plate. The north-central Patagonia represents a unique region to study the impact of slab-dip changes as this area is characterized by alternating episodes of steep to flat-slab since the onset of subduction below the South American Plate. The alternation of the upper plate subsidence and exhumation events related with slab steepening and shallowing episodes, respectively, or with changes in kinematics has been widely studied in the recent years along the Andes. However, some topics remain highly debated, and especially the magnitude of the vertical movements through time and space. Low-temperature thermochronology systems, which are sensitive to events involving the upper first kilometers of the upper crust, represent an efficient approach for dating and quantifying significant episodes of burial and exhumation. This thesis investigates the thermal history of the north-central Patagonian broken foreland and the Cordillera. The latter area has been widely studied through bedrock thermochronology studies compared with data from the Patagonian foreland, where only few data are available. Thus, this work aims at improving our knowledge on the relationships between the surface cooling record and the geodynamic evolution.Three apatites thermochronometers (U-Pb, fission tracks and (U-Th-Sm)/He) were used on bedrocks, Mesozoic and Cenozoic sandstones as well as on modern sediments. All samples were collected from the inner part of the north-central Patagonian Cordillera to the distal part of the broken foreland along the Atlantic coast. Compilation of these diverse thermochronology datasets, integrated by inverse thermal modeling and provenance analysis, is discussed here and compared with the different geodynamic processes proposed for Patagonia (e.g. convergence changes, slab dip variations). The new thermochronology records indicate that main unroofing of Patagonia (~3 – 4 km), Cordillera and broken foreland included, occurred during a slab-shallowing episode from late Early Cretaceous to early Paleogene, after a Jurassic – Early Cretaceous heating episode related to a significant burial below a thick sedimentary cover. This regional exhumation phase was followed by a period between the late Eocene and the early Miocene of foreland subsidence associated with slab rollback, characterized by a steady-state post-shortening low exhumation rates. During this period of relative quiescence, detrital analysis point to the Cordillera as a primary contributor of sediments for the entire foreland with a local input from the broken foreland reliefs. Finally, Miocene substantial exhumation is recognized into the Cordillera after a change of convergence rates and obliquity, especially along a dextral strike-slip fault zone active along the Cordillera. However, this exhumation phase is not detected regionally in the broken foreland. Since no regional sedimentary burial or relevant exhumation events affected the north-central Patagonian foreland, the few Oligo-Miocene ages identified along the foreland have been ascribed to the coeval intraplate magmatic processes

Dans les departements d'antioquia et de risaralda (colombie centrale), les formations superficielles sont de type volcano-detritique. Les unites les plus anciennes sont indurees, diaclasees et faillees. Les unites plus recentes, ou tephras superieurs, qui les surmontent, atteignent au plus 1 m d'epaisseur. Dans le departement d'antioquia (altiplano et vallee d'aburra), sur la cordillere centrale andine, l'etude des mineraux lourds et la datation des tephras par traces de fission (tf) sur zircons et 1 4c montrent que les formations superficielles ne se sont deposees sur le bati cretace a precambrien qu'a partir du pliocene superieur. La datation par tf permet en outre de dater diverses formations sedimentaires (paleolacs, terrasses fluviatiles, stone line), et un evenement tectonique (formation de la vallee d'aburra). Pour les tephras superieurs, la determination des mineraux lourds permet d'etablir une stratigraphie reconnaissable dans tout l'altiplano. La datation par tf et 1 4c situe ces tephras entre 0,44 ma et, pour leur unite superieure, sur laquelle se developpent les sols actuels, 20 a 30 ka. La periode d'activite du massif volcanique du ruiz-tolima, situe a 80 km au sud du departement d'antioquia, date essentiellement du plio-quaternaire, jusqu'a l'actuel. Elle correspond a celle enregistree dans les tephras d'antioquia et le ruiz-tolima pourrait donc etre la source des tephras d'antioquia. Les ages des zircons de socle (provenant de saprolites ou de formations superficielles) sont presque toujours cretace superieur-paleocenes, ou dans le sud, tertiaires, temoignant du refroidissement au-dessous d'environ 250\c de leur materiel d'origine (batholite antioquenio mesozoique, son encaissant metamorphique, ou des intrusions plus recentes). Dans un echantillon, des ages tf jurassiques montrent que localement le socle paleozoique a ete maintenu, depuis au moins 185 ma, a des temperatures <300\c. Dans le departement de risaralda, situe juste a l'ouest du ruiz-tolima, sur le flanc ouest de la cordillere centrale (abanico, -cone-, de pereira) les tephras superieurs, seuls etudies ici, sont a la fois plus abondants et plus recents. Il n'a pas ete possible d'etablir une stratigraphie de ces formations, tres etendues depuis le ruiz-tolima jusqu'a l'extremite ouest de la zone d'etude, dans la cordillere occidentale. Les tephras dates (par 1 4c) se situeraient entre au moins 14 ka sur la terrasse de pereira et moins de 8 ka sur cette meme terrasse et dans le secteur du lac d'otun (proche au ruiz-tolima).

Cette étude consiste à reconstituer l'histoire thermique de deux bassins intracratoniques (Sbaâ et Ahnet), situés dans la partie occidentale de la plateforme saharienne algérienne. L'analyse des courbes d'enfouissement montre une forte subsidence tectonique durant tout le Paléozoïque, particulièrement au Dévonien et vers la fin du Carbonifère, à la faveur du plissement d'Ougarta. L'analyse des traces de fission (TF) d'apatites montre des âges TF différents que les âges stratigraphiques. Dans la cuvette de Sbaâ, les âges obtenus suggèrent des températures qui sont restées modérées, favorables à la génération des hydrocarbures jusqu'à l'actuel. Dans l'Ahnet par contre, les âges obtenus sont parfois trop jeunes et les traces commencent à s'altérer du Nord vers le Sud, témoignant des températures plus élevées vers le Sud. Pour résumer, trois épisodes thermiques ont influencé la formation d'hydrocarbures dans les deux bassins : l'orogenèse varique (300 Ma), l'ouverture Atlantique du jurassique (200Ma) et le bombement thermique éocène du Hoggar (50-30 Ma). Enfin, les travaux conduits sur le terrain ont permis entre autres de reconnaître des dépôts de jökulhlaups dans l'Unité IV du Kheneg Etlaïa, qu'on peut observer plus distalement dans le Cambro-ordovicien fu forage MSR-1 (Ahnet).

La Corse et le Massif des Maures-Tanneron représentent les marges conjuguées du bassin liguro -provençal. C'est à partir d'environ 30 Ma. Avec le rifting ligure que la Corse s'est détachée de la Provence et a subi une rotation anti- horaire d'environ 30° qui l'a amenée à sa position actuelle. La thermochronologie par traces de fission (TF) sur apatites, par sa sensibilité aux relativement basses températures. Nous a permis de préciser les mécanismes d'évolution des marges liguro -provençales, ainsi : - Le massif du Tanneron semble avoir connu l' histoire de refroidissement la plus précoce, témoignant d'un épisode de relaxation thermique postérieurement à l'ouverture de la Tethys ligure. - Le massif des Maures (en dehors de la presqu île de Saint-Tropez où sont rencontrés des âges crétacés supérieur, probablement hybrides) a clairement enregistré, à l'0ligo-Miocène, l'effet thermo- tectonique associé au rifting liguro-provençal. - La Corse, terrain le plus étudié dans ce travail. Assez complexe de part sa géomorphologie actuelle et sa structuration polyphasée, possède une zonation remarquable dans la distribution des âges TF/apatites, liée vraisemblablement à la signature d'au moins deux événements thermiques post-oligocènes. Ceux-ci accompagnent d' une part, à l'Ouest l'ouvenure Iiguro-provençale (26