Academic literature on the topic 'Géochronologie K-Ar et 40Ar'

Abstract The eastern part of the “Seuil du Poitou” area had been selected by the French National radioactive waste management agency (ANDRA) as a potential site for building an underground laboratory in granitic rocks. 17 cored bore holes, completed by petrographical, geochemical [Cuney et al., 2001], geophysical [Virlogeux et al., 1999] and structural [Gros and Genter, 1999] studies, have provided a detailed knowledge of the Charroux-Civray complex, hidden under a Jurassic sedimentary cover. Three main types of magmas were distinguished : medium-K calk-alkaline, high-K calk-alkaline and peraluminous. The first two types are largely predominant and belong to the “Limousin Tonalitic line” (LTL) [Peiffer, 1985 ; 1986]. They were emplaced between 356 ± 5 Ma to 349 ± 5 Ma from U-Pb dating of zircon [Bertrand et al., 2001], at a depth of 14 ± 2 km [Freiberger et al., 2001]. This work aims to reconstruct the thermochronological evolution of the Charroux-Civray complex from 40Ar/39Ar dating of biotite and amphibole, combined with available U/Pb ages [Bertrand et al., 2001] and thermo-barometric data derived from mineral paragenesis and fluid inclusions [Freiberger et al., 2001]. This reconstruction may provide interesting constraints on a stage not well understood in the evolution of the French Massif Central : the emplacement of the LTL granitoids. The datings were performed on alteration-free, single grain of biotite and amphibole from the main petrologic types, according to the procedure described by Ruffet et al. [1991] and [1995]. The closure temperatures of the isotopic systems have been assumed to be 300 ± 30 oC for biotites, 500 ± 50 oC for amphiboles, and 850 ± 50 oC for zircons [Villa, 1998 ; McDougall and Harrison, 1999]. Six samples were dated : two tonalites (samples 112 and 212t), a monzogranite (sample 106), a monzogabbro-diorite (sample 115), a monzodiorite (sample 104), and a granodiorite (sample 105). Some of the analyses have been performed twice to test the reproducibility of the 40Ar/39Ar measurements. The 14 age spectra obtained may be divided into four groups : plateau ages, which provide robust ages for the amphiboles of samples 104, 106, 112, and biotites from samples 106, 115 and 212t ; pseudo-plateaux ages : three biotites (samples 104, 105 and 112) display spectrum shapes that could be interpreted as resulting from 39Ar recoil, related to an incipient chloritisation [Ruffet et al., 1991 ; McDougall and Harrison, 1999]. The most reliable ages are therefore close to the apparent ages given by the high temperature steps ; 40Ar* excess, as suggested by the spectrum shape of the amphibole from sample 212t [McDougall and Harrison, 1999]. The preferred age is defined with 83 % of released gas, and has been confirmed by a duplicate analysis ; a meaningless spectrum has been obtained on the amphiboles from sample 115. A duplicate analysis provided an approximate age of 347 ± 1 Ma, calculated on a relatively flat segment of the age spectrum. These results show that : (1) the closure of the isotopic system of the amphiboles occurred at approximately the same time over the entire complex (about 348 Ma) ; (2) the closure of the isotopic system of the biotites occurred slightly after the closure of the amphiboles, but spread over a larger time interval (350–343 Ma), (3) all the samples display high temperature gradients between 500 and 300 oC (> 40 oC.my-1). These results are in good agreement with mineralogical and fluid inclusion thermo-barometric data [Freiberger et al., 2001]. Two scénarios may be invoked to explain such high temperature gradients : a fast exhumation episode (several mm/y) during the 350–340 Ma period. This model is not acceptable because it is incompatible with pre- and post-intrusion conditions constrained by thermo-barometric data ; a fast thermal equilibration of the complex with surrounding rocks at the end of a succession of nearly-synchronous emplacement of calk-alkaline intrusions. First-order numerical models were used to simulate the thermal equilibration of the intrusive bodies with surrounding rocks, assuming a purely conductive heat regime [Carslaw and Jaeger, 1959]. These models show that according to the size of intrusions, the thermal equilibrium with surrounding rocks is reached in less than 5 to 10 m.y. The calculated temperature gradients derived from these models are compatible with those deduced from 40Ar/39Ar ages. These data confirm the existence of a major calk-alkaline magmatic event on the Seuil du Poitou, at about 355–350 Ma, which would be synchronous with the emplacement of the large peraluminous Guéret-type granodiorites in the northern Limousin. The 40Ar/39Ar biotite ages indicate that a regional temperature of 250–300 oC was reached at ca. 340 Ma at a depth of about 9 km.

L'évolution des îles volcaniques résulte d'interactions complexes entre croissance des volcans et processus de destruction (éruptions explosives, glissements de terrain, érosion fluviale, altération). Les changements climatiques peuvent influencer ces processus sur des échelles variées. A l’échelle événementielle, des précipitations intenses peuvent engendrer des épisodes érosifs extrêmes. Sur le long-terme, des variations des taux d'altération, sensibles aux précipitations et à la température, peuvent impacter la fertilité des sols et le cycle global du carbone.Les îles volcaniques des Açores offrent un cadre idéal pour étudier ces interactions, avec une grande importance scientifique et sociétal, en particulier dans le contexte actuel du réchauffement climatique. Au centre de l'Atlantique Nord, elles sont influencées par des facteurs climatiques majeurs. Ces îles ont eu des pulses d'activité volcanique au cours du dernier million d'années (Ma), une période marquée par d’importants changements climatiques liés aux cycles glaciaires-interglaciaires. Si les variations des conditions globales ont été bien documentées sur cette période, la reconstruction paléoclimatique aux échelles locales/régionales reste un défi. Les paléosols (PSs) sont des anciens sols inclus dans le registre géologique. Leur géochimie fournit des informations précieuses sur les conditions paléo-environnementales, et la géochronologie des produits volcaniques les encadrant permet leur contrainte temporelle.Dans ce travail, nous avons reconstruit les conditions moyennes annuelles de précipitation (MAP) et de température de l’air (MAAT) aux Açores au cours du dernier Ma. Deux proxies basés sur la composition en éléments majeurs des PSs ont été utilisés : l’indice d'altération CIA-K et l’argilosité, tous deux validés dans d'autres milieux volcaniques. La datation précise des unités volcaniques par K-Ar sur mésostase séparée (laves) et par ⁴⁰Ar/³⁹Ar sur monocristaux de feldspath potassique (dépôts pyroclastiques), révèle des «pulses» d‘altération sur quelques milliers d’années, notamment après les terminaisons glaciaires (MIS 21, 19, 11, 9e, 5e et 1). La géochimie des PSs montre des changements environnementaux rapides et des MAATs (12-28 ᵒC) en accord avec les données de température marine de surface établies à partir d’archives océaniques. Cette concordance indique une étroite relation océan-atmosphère. Ces «pulses» suggèrent en outre des phases d'affaiblissement de l'anticyclone des Açores, permettant aux courants d'air humides d'atteindre des secteurs plus au sud.Les taux moyens de formation des sols (3-180 mm/kyr) ont été influencés par la structure et la texture du substrat rocheux. Des PSs se sont formés lors de MAPs plus faibles dans les dépôts pyroclastiques que dans les coulées de lave (seuils de ~500 et ~800 mm/an). Cette différence supporte une cinétique favorisée par la fragmentation et une surface spécifique élevée. L’altération accrue en surface et le long des discontinuités géologiques de sub-surface peut avoir favorisé l'érosion par glissements de terrain. Des MAPs élevées (jusqu'à 1500 mm/an) sont notamment obtenues autour du stade interglaciaire de l’Eemien, qui coïncide avec l’initiation d’un glissement complexe sur le flanc Sud de Pico. Des MAPs intenses ont pu accélérer l’infiltration des eaux et favoriser les interactions hydromagmatiques. L’augmentation associée de pression interstitielle a ainsi pu déclencher la mise en mouvement du flanc le long de failles listriques toujours actives. Les conditions actuelles aux Açores sont plus humides et légèrement plus chaudes qu’au cours du dernier Ma, ce que pourrait favoriser le détachement du flanc externe de Pico, avec des conséquences potentiellement drastiques.Plus généralement, l’altération accrue favorise l’évolution rapide du paysage sur de telles îles et engendre des flux élémentaires et une absorption de CO₂ atmosphérique croissantes, ce qui a impacts locaux, régionaux et globaux
Landscape evolution on volcanic islands is driven by complex interactions between volcano growth and destruction by a variety of processes (explosive eruptions, landslides, riverine erosion, weathering). Major climate changes, may impact the dynamics of degradation processes at different spatial and temporal scales. For example, extreme rain can produce an immediate hydrological response causing important destruction. Changes in weathering rates, sensitive to precipitation and temperature, can trigger changes in soil fertility but also modify global carbon cycling.The Azores volcanic islands provide an ideal setting to study these interactions, with both scientific and societal significance, especially in the context of ongoing global warming. Located in the Central North Atlantic, they are under the influence of major climatic drivers. Most of them had pulses of volcanic activity over the past 1 Myr, a period characterized by high-amplitude glacial-interglacial transitions with major climatic changes. While global climatic variations have been relatively well-studied for this period, reconstructing the atmospheric paleoclimate and its effects at local/regional scales remains challenging. Paleosols (PSs) are fossil soils formed by weathering at surface, and later incorporated into the geological record. Their geochemistry provides valuable insights into past environmental conditions, while the geochronology of volcanic products “bracketing” PSs allows their temporal constraint.In this work, we reconstructed mean annual precipitations (MAP) and air temperature (MAAT) over the last 1 Myr in the Azores region through a combined geochemical-geochronological study of PSs. Two proxies based on PSs’ major element were used: the weathering index (CIA-K) and the Clayeyness, both validated in other volcanic settings. The precise dating of volcanic units by either unspiked K-Ar on lava flow groundmass separates or ⁴⁰Ar/³⁹Ar on single K-feldspar of trachytic fallout evidence “pulses” of soil-formation within only a few kyr. This occurred especially after glacial terminations (MIS 21, 19, 11, 9e, 5e and 1), under wet and warm conditions. Fast paleoenvironmental changes were recorded in PSs’ geochemistry, and MAAT reconstructions (12-28 ᵒC) agree with previously published Sea Surface Temperatures, pointing to a tight ocean-atmosphere teleconnection. Those “pulses” suggest sustained weakening phases for the Azores High, allowing humid air currents (Westerlies) to reach further to the south.Our data also show contrasted rates of vertical soil development (3-180 mm/kyr). Weathering was favored by the structure and texture of parental materials, as PSs formed under lower MAP in pyroclastic deposits than in lava flows (~500 and ~800 mm/yr thresholds). This highlights the influence of fragmentation on weathering’s kinetics due to higher specific surface area. Enhanced weathering at surface and along geological discontinuities may have promoted mechanical weakening, favoring erosion and landslides. Notably, high MAPs (up to 1500 mm/yr) obtained around the Eemian interglacial stage are coincident in time with the initiation of a large slide complex on the southern flank of Pico. Intense precipitation may have led to increased water infiltration favoring enhanced hydromagmatic interactions. Drastic increase in pore pressure may then have triggered the initiation of the flank movement along listric faults that are still active. Current conditions in the Azores are wetter and slightly warmer than during the last Myr. Increased infiltration along faults could partly control subsequent movement and yield to detachment of the outer flank of Pico, with potentially dramatic consequences.More generally, present temperature and humidity increase on volcanic islands points to intense weathering, resulting in fast landscape evolution, increased lixiviation and elementary export and high atmospheric CO₂ uptaking, with local, regional and global impacts

As part of the wider European GTS Next project, I propose new constraints on the ages of the Late Cretaceous, derived from a multitude of geochronological techniques, and successful stratigraphic interpretations from Canada and Japan. In the Western Canada Sedimentary Basin, we propose a new constraint on the age of the K/Pg boundary in the Red Deer River section (Alberta, Canada). We were able to cyclostratigraphically tune sediments in a non-marine, fluvial environment utilising high-resolution proxy records suggesting a 11-12 precession related cyclicity. Assuming the 40Ar/39Ar method is inter-calibrated with the cyclostratigraphy, the apparent age for C29r suggests that the K/Pg boundary falls between eccentricity maxima and minima, yielding an age of the C29r between 65.89 ± 0.08 and 66.30 ± 0.08 Ma. Assuming that the bundle containing the coal horizon represents a precession cycle, the K/Pg boundary is within the analytical uncertainty of the youngest zircon population achieving a revised age for the K/Pg boundary as 65.75 ± 0.06 Ma. The Campanian - Maastrichtian boundary is preserved in the sedimentary succession of the Horseshoe Canyon Formation and has been placed ~8 m below Coal nr. 10. Cyclostratigraphic studies show that the formation of these depositional sequences (alternations) of all scales are influenced directly by sea-level changes due to precession but more dominated by eccentricity cycles proved in the cyclostratigraphic framework and is mainly controlled by sand horizons, which have been related by autocyclicity in a dynamic sedimentary setting. Our work shows that the Campanian - Maastrichtian boundary in the Western Canada Sedimentary Basin coincides with ~2.5 eccentricity cycles above the youngest zircon age population at the bottom of the section and ~4.9 Myr before the Cretaceous - Palaeogene boundary (K/Pg), and thus corresponds to an absolute age of 70.65 ± 0.09 Ma producing an ~1.4 Myr younger age than recent published ages. Finally, using advances with terrestrial carbon isotope and planktonic foraminifera records within central Hokkaido, Northwest Pacific, sections from the Cretaceous Yezo group were correlated to that of European and North American counterparts. Datable ash layers throughout the Kotanbetsu and Shumarinai section were analysed using both 40Ar/39Ar and U-Pb methods. We successfully dated two ash tuff layers falling either side of the Turonian - Coniacian boundary, yielding an age range for the boundary between 89.31 ± 0.11 Ma and 89.57 ± 0.11 Ma or a boundary age of 89.44 ± 0.24 Ma. Combining these U-Pb ages with recent published ages we are able to reduce the age limit once more and propose an age for the Turonian - Coniacian boundary as 89.62 ± 0.04 Ma.

Le francevillien est une serie sedimentaire proterozoique non affectee par des evenements metamorphiques en depit de son age. Ses sediments detritiques sont utilisables pour etudier l'evolution temporelle des mineraux argileux et l'histoire de la migration d'hydrocarbures pendant la diagenese d'enfouissement. Le systeme isotopique sm-nd a ete utilise pour dater des fractions argileuses extraites d'ampelites; deux isochrones sm-nd ont ete obtenues, donnant des ages similaires de 2099+/-115 ma et 2036+/-79 ma. Les donnees mineralogiques, chimiques et la composition isotopique du nd indiquent qu'une homogeneisation isotopique a eu lieu entre les argiles authigenes, les eaux de formation et les hydrocarbures pendant la diagenese. Un modele est propose qui implique la decarboxylation de la matiere organique, la formation d'acides organiques permettant la dissolution de feldspaths potassiques detritiques et leur remplacement in situ par des mineraux argileux. Les ages isochrones correspondent donc a l'age de la formation des argiles qui a eu lieu lors d'un evenement diagenetique precoce, au niveau de la production d'hydrocarbures. L'originalite du bassin de franceville est la presence de reacteurs nucleaires fossiles dans le gisement d'u d'oklo. La decouverte des nouveaux reacteurs 10 et 13 preserves de l'alteration meteorique a suscite un vif interet parmi les chercheurs qui travaillent dans le cadre de la gestion de dechets de haute activite. Une etude mineralogique et isotopique de l'environnement argileux du reacteur 10 a ete effectuee afin de mieux comprendre le comportement de quelques actinides et produits de fission generes dans le cur du reacteur. Les resultats indiquent qu'une fraction de l'u, du pu et des terres rares a ete remobilisee lors du lessivage du reacteur par les solutions hydrothermales, a migre vers la bordure argileuse du reacteur et a ete piegee par la chlorite. Les principales implications de ce travail concernent la capacite de retention de materiaux argileux vis-a-vis des radioelements dans un milieu geologique

L’arc équatorien est caractérisé par un nombre particulièrement élevé de volcans quaternaires. Nos quatre-vingt-dix nouveaux âges K-Ar, réalisés pour une vingtaine d’édifices, montrent que son développement a commencé vers 1 Ma au nord et a migré vers le sud à partir de 600 ka. Ce déplacement pourrait être induit par un changement récent de la géométrie de la plaque Nazca en profondeur et l'activation des failles crustales. Les taux de production magmatique sont assez homogènes à l’échelle de l’arc, et varient entre 0,1 et 5,6 km³.ka⁻¹. Ces données montrent que les volcans se sont construits lors de phases d’activité brèves, séparées par des périodes de repos. Il n'y a pas de corrélation apparente entre l'âge des volcans et leur taux d'émission, mais la subduction de la ride de Carnegie pourrait favoriser la genèse du magma et expliquer la densité de volcans quaternaires en Équateur. Les taux d'érosion varient entre 0,01 et 0,14 km³.ka⁻¹. Les volcans les plus jeunes semblent être érodés par des processus d'altération chimique, tandis que les volcans plus anciens sont principalement démantelés par des processus physiques tels que l'abrasion glaciaire et l'activité tectonique. Enfin, nous montrons que la méthode de datation K-Ar réalisées sur la mésostase ou les esquilles de verre des ponces est bien adaptée pour dater les produits volcaniques quaternaires de l'arc équatorien
The Ecuadorian arc presents a large number of Quaternary volcanoes. Our ninety new K-Ar ages, carried out on products from twenty volcanic edifices, show that the development of the Quaternary arc began about 1 Ma in northern Ecuador and migrated southward since 600 ka. This migration could be induced by recent change of the slab geometry at depth and by the activation of crustal faults. The magmatic productivity rates are rather homogeneous at the arc scale, and range between 0.1 and 5.6 km³.ka⁻¹. These data highlights that volcanoes grew during sporadic activity pulses separated by quiescence periods. There is no clear correlation between the age of the volcanoes and their emission rates, but the subduction of the Carnegie ridge could favor the magma genesis and explained the increase of the volcanic activity in northern Ecuador during the Quaternary. Erosion rates range between 0.01 and 0.14 km³.ka⁻¹. Youngest volcanic edifices seem to be eroded by a chemical alteration process, while the dismantling of older volcanoes is mostly influenced by physical processes such as glacial abrasion and tectonic activity. Finally, we show that K-Ar ages performed on groundmass or pumice glass shards can be successfully applied to Quaternary volcanic products from the Ecuadorian arc

Les formations kimmeridgiennes a stephaniennes du forage ba1 (bassin du sud est de la france) contiennent des phases argileuses interstratifiees ordonnees illite/smectite dont le pourcentage d'illite croit avec la profondeur (60 a 100% d'illite). A partir des pourcentages d'illite, une modelisation des transformations argileuses, basee sur deux reactions en chaine (r=0->r=1->illite) (velde & vasseur, 1992), a ete realisee. Ce modele cinetique de maturation des argiles indique une erosion comprise entre 1500 et 2000 m, mais l'ajustement des valeurs est mediocre pour des pourcentages d'illite >80% (>1100 m). Les fractions argileuses (,,2 et 0,2-2 m) situees sous -1100 m ont fait l'objet d'analyses isotopiques (#1#80 et #2h), geochronologiques (k-ar) et morphologiques (,,2 m). Les resultats de cette derniere montrent, dans un premier temps la croissance preponderante des grandes particules allongees constituees de formes illitiques metastables, puis la croissance de grandes particules allongees et isometriques plus stables et plus illitiques. Les datations k-ar (,,2 et 0,2-2 m) montrent des teneurs en k et ar et des ages differents. Pour la fraction a ,,2 m les differentes representations des teneurs en k et ar indiquent un evenement geologique age de 145 ma (-1100 et -1558 m). Cet age ne correspond pas a l'age d'enfouissement maximal de la serie (<75 ma), mais a l'age moyen de la fraction argileuse. La difference de l'age stratigraphique et de l'age k-ar est donc proportionnelle a la duree moyenne de maturation des argiles. Pour les fractions grossieres, la taille des particules induit une retention de l'argon radiogenique superieure a la fraction ,,2 m et des ages conventionnels plus vieux. L'ensemble des mesures isotopiques (k-ar, #1#8o et #2h) signalent aussi deux zones diagenetiques differentes situees de part et d'autre de -1600 m. Les mesures microthermometriques et isotopiques (#3#4s et #1#8o) indiquent des fluides de composition et d'origine differentes dans ces deux niveaux. A partir des intensites relatives des interstratifies i/s ordonnes et des durees moyennes de maturation (-1100 a -1558 m), un modele de transformation base sur une reaction en chaine a ete propose. Les parametres de ces transformations indiquent une reaction d'illitisation debutant vers 100c, ce qui correspond au domaine d'apparition des interstratifies r>1

Le massif du Cantal, localisé dans la province volcanique Cénozoïque du Massif Central (France), est le plus grand complexe volcanique Miocène d’Europe. Il est majoritairement constitué de brèches volcanoclastiques qui lui confèrent des dimensions impressionnantes et une morphologie surbaissée. Des observations de terrain, couplées à des datations K-Ar, nous ont permis de reconstituer l’évolution morpho-structurale, la dynamique éruptive et l’histoire volcanique du massif. Après avoir contraint dans l’espace et dans le temps une séquence stratigraphique identique tout autour du massif, nous montrons qu’il existe des évidences chrono-stratigraphiques, structurales et géomorphologiques en faveur de la formation d’une caldeira centrale de 8 x 10 km il y a environ 8 Ma occupée par un lac. L’étude morphologique et sédimentologique de la principale unité bréchique du massif, le Grand Écoulement Bréchique, nous a conduit à le définir comme l’un des plus importants debris flow syn-éruptifs connus au monde dont nous estimons un volume de l’ordre de 100 km3. Nous proposons que cet écoulement résulte d’une éruption sous-lacustre intracaldeira majeure. L’interaction entre un magma juvénile et l’eau du lac de caldeira, selon un dynamisme surtseyen, a initié la formation du debris flow qui s’est propagé sur les pentes externes du volcan à 360° jusqu’à plus de 25 km de sa source. Cette étude ouvre des perspectives d’une part quant aux risques volcaniques liés aux éruptions sous-lacustres intracaldériques majeures, et d’autre part quant à la possibilité de reconstituer la morphologie passée de la source d’un écoulement bréchique volcanoclastique âgé de plusieurs Ma, par l’étude de son dépôt selon des critères sédimentologiques et morphologiques.Dans un deuxième temps, la combinaison de nouvelles datations K-Ar et d’observations de terrain nous ont permis de reconstituer l’histoire volcanique du plateau du Cézallier, siège de la plus jeune activité volcanique de France métropolitaine, du plateau de l’Aubrac, et également la chronologie du volcanisme le long du Sillon Houiller. Nous avons pu ainsi établir les relations spatio-temporelles entre le massif du Cantal et les provinces volcaniques adjacentes révélant le rôle important des fractures héritées de l’Hercynien pour la remontée des magmas. Nous confirmons ainsi une migration spatio-temporelle vers le nord du volcanisme en Auvergne. Finalement, l’acquisition au cours de ce travail de 47 nouveaux âges K-Ar de 12,8 Ma à 9 ka complète la chronologie du volcanisme du Massif Central en précisant sa distribution spatio-temporelle
The Cantal massif, located in the French Cenozoic volcanic province, is the largest Miocene volcano in Europe. It is mainly composed of volcaniclastic breccias giving impressive dimensions and a shield-like morphology. Field observations, coupled with K-Ar datings, allowed us to reconstruct the morpho-structural evolution, the eruptive dynamics and the volcanic history of the massif. We first constrained a stratigraphic sequence which is identical all around the massif. Then, we show that it exists from chrono-stratigraphic, structural and geomorphologic evidences a 8 x 10 km central caldera ca. 8 Myrs ago occupied by a lake. The sedimentological and morphological study of the main breccia unit, the Large Breccia Flow, led us to define it as one of the largest syn-eruptive debris flow in the world. We estimate its volume at ca. 100 km3. We propose that this debris flow resulted from a major intracaldera lake eruption. The interaction between a juvenile magma and the water of the caldera lake, with a surteyan dynamics, initiated the debris flow that propagated on the external slopes of the volcano at 360° until 25 km from its source. This study opens outlets on one hand to volcanic hazards related to major intracaldera lake eruptions ; on the other hand, we show that it is possible to reconstruct the former source morphology of a several Myrs-old volcaniclastic breccia flow by studying the sedimentological and morphological criterion of its deposit.Furthermore, the combination of new K-Ar datings with field observations allowed us to reconstruct the volcanic history of the Cézallier plateau (site of the youngest volcanic activity in the continental France), of the Aubrac plateau, and also the volcanism along the Sillon Houiller. Consequently, we established the spatio-temporal relationships between the Cantal massif and the adjacent volcanic provinces, highlighting the important role of the Hercynian inherited fractures in the magmas ascent. We thus confirm the spatio-temporal migration toward the north in Auvergne. Finally, the acquisition of 47 new K-Ar ages ranging from 12.8 Ma to 9 ka conveys new time constraints on the chronology of Massif Central volcanism by precising its spatio-temporal distribution

Ce travail de thèse présente le développement et la mise au point d'un procédé original pour la datation par la technique 40_Ar/39_Ar. Le cœur de ce système, un spectromètre de masse utilisant la collection simultanée des cinq isotopes de l'argon, est aujourd'hui unique à l'échelle internationale. Tout d'abord testé et validé sur des échantillons géologiques standard, ce système a permis de réaliser, dans sa configuration actuelle, des analyses de grande qualité sur les roches volcaniques de l'Ethiopie, avec une reproductibilité analytique de l'ordre de 0. 2%. Il est maintenant communément admis que les grands traps basaltiques sont en étroite relation avec les grandes déchirures continentales. C'est notamment le cas du point chaud Afar localisé dans un contexte extensif de point triple. Un des objectifs de cette thèse est d'apporter, à la lumière de 28 et 68 nouvelles données acquises, respectivement, en 40_Ar/39_Ar et K/Ar, des contraintes temporelles sur l'épanchement du point chaud et sur les prémices de l'ouverture continentale. Pour cela, des laves et des granites d'ouverture ont été échantillonnées sur les trois zones géographiques aujourd'hui désunies, c'est-à-dire sur les hauts plateaux éthiopiens, yéménites et somaliens, ainsi que le long de leurs escarpements aux marges de la dépression Afar. Nos résultats attestent de l'édification rapide des grands traps (en moins de 1 Ma, pour l'essentiel de la pile volcanique) et d'une initiation du volcanisme autour de 30. 2 Ma. Les prémices de l'ouverture apparaissent en conséquence totalement synchrones de cette phase, comme l'indique la mise en place de granites, dès 30 Ma. Les résultats de cette étude sont repris et discutés de manière plus générale, afin de préciser et de proposer un schéma global d'évolution depuis 30 Ma
We present here a new analytical system for 4O_Ar/39_Ar dating that relies onto an original 180ʿ sector multiple collection mass spectrometer with five faraday cups. Results of preliminarily experiments undertaken on geological standard minerals highlight the good behavior of this new instrument for step heating analyses. The age reproducibility of successive steps lead to analytical errors lower than 0. 2 %. Such a system appears today unique on the international plan for 40_Ar/39_Ar routine dating. This new penta-collector MS enabled us to perform highly reproducible 40_Ar/39_Ar dating of Ethiopian volcanics. It is now admitted that continental flood basalt volcanism has a strong relationship with continental break-up. The Ethiopian-Afar plume has been linked to the early opening of the Afar depression, where the propagation of Red Sea and Gulf of Aden within the depression is still an ongoing process. The purposes of this study are to constrain the emplacement and duration of the trap series, and to reconstruct the eruptive chronology of the earlier opening stages, since the initiation of the fracturation. Twenty-eight 40_Ar/39_Ar and 68 K/Ar new ages data have been performed on volcanic series and granitic bodies, sampled on the plateaus (Ethiopian, Yemenite, Somalian) and along their boundaries on the Afar margin. Our results support that the onset of traps volcanism took place around 30 Ma, with a duration lower than 1 Myr. The emplacement of granitic bodies as early as 30 Ma argues for a synchronous initiation of the opening. Finally, all results obtained in this study on both plateau and rifted margin areas helped us to propose a global scheme for the evolution of the Afar depression since 30 Ma

Le système volcanique de La Réunion est formé de la coalescence des massifs du Piton des Neiges et du Piton de la Fournaise. Son édification, liée à l'activité d'un panache mantellique, est caractérisée par une phase de croissance sous-marine, puis subaérienne, suivie d'une période de dégénérescence, comme proposé classiquement pour les volcans boucliers océaniques d'Hawaii. De précédentes études ont montré que l'activité subaérienne de La Réunion aurait débuté il y a environ 2,2 Ma. Les analyses géochimiques menées jusqu'alors sur les produits associés à cette activité volcanique (subaérienne et sous-marine) ont montré un caractère chimique transitionnel avec une composition isotopique (87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd et 176Hf/177Hf) particulièrement homogène pour un volcanisme de point chaud. Dans cette étude, nous montrons que des laves sous-marines récemment identifiées sous la série basique du Piton de la Fournaise (au sein de la sur Rift Zone Nord-Est) ainsi que des laves subaériennes affleurant à la base de canyons incisés dans le massif (Série Différenciée de la Rivière des Remparts), présentent des caractéristiques ne s'inscrivant pas dans le modèle d'évolution proposé précédemment pour ce volcan. Se pose donc la question de la nature et de l'origine de ces laves, ainsi que de leur place et appartenance dans l'édification du système volcanique réunionnais. De nouvelles investigations pétro-géochimiques et géochronologiques ont été menées sur la partie sous-marine de l'édifice de La Réunion. Elles révèlent l'existence d'un groupe de laves exceptionnel. Leur composition se distingue clairement de celle des échantillons communément analysés à La Réunion et montre (1) un enrichissement en éléments incompatibles couplé isotopiquement à (2) un rapprochement vers un pôle mantellique enrichi de type EM. Ces particularités géochimiques démontrent que le panache mantellique possède (1) une source hétérogène affectée par (2) des taux de fusion variables. De plus, deux échantillons de ce nouveau groupe datés à 3,77 (0,08) et à 3,34 (0,07) Ma étendent considérablement la période d'activité connue de l'édifice. Ces âges remarquables font de ces laves les plus anciennes jamais datées à La Réunion. La nature géochimique ainsi que la position stratigraphique des laves de cette étude (échantillons subaériens et sous-marins des massifs du Piton des Neiges et du Piton de la Fournaise) impliquent une réinterprétation du schéma d'évolution global de l'île. Contrairement aux études précédentes, nos résultats sur ces laves montrent que : (1) Les laves différenciées de la Rivière des Remparts, qui sont des laves subaériennes, de part leur position stratigraphique et géographique sous-jacente au Piton de la Fournaise et par analogie avec le Piton des Neiges, ne peuvent être reliées à l'activité de la Fournaise, (2) Le signal isotopique du groupe de laves sous-marines de la Rift Zone Nord-Est de la Fournaise, révèlent l'hétérogénéité de la source du panache mantellique sous La Réunion, source que nous identifions comme des enclaves d'éclogite contenues dans une lherzolite à spinelle, (3) L'âge plus ancien de ces laves sous-marines et leur localisation sous le flanc Est de la Fournaise remet en questions le schéma jusqu'alors admis pour l'édification de l'île de La Réunion reposant sur la construction du Piton des Neiges puis celle, adjacente, du Piton de la Fournaise. En conséquence, nos données géochimiques et géochronologiques sont de nouveaux arguments en faveur de l'élaboration d'un modèle d'évolution plus complexe, suggérant l'existence d'un troisième massif volcanique. Il est en accord avec les précédents travaux de pétrologie et de géophysique suggérant l'existence d'un troisième édifice à l'Est de La Réunion, communément appelé le Volcan des Alizés.

Le système volcanique de La Réunion est formé de la coalescence des massifs du Piton des Neiges et du Piton de la Fournaise. Son édification, liée à l’activité d’un panache mantellique, est caractérisée par une phase de croissance sous-marine, puis subaérienne, suivie d’une période de dégénérescence, comme proposé classiquement pour les volcans boucliers océaniques d’Hawaii. De précédentes études ont montré que l’activité subaérienne de La Réunion aurait débuté il y a environ 2,2 Ma. Les analyses géochimiques menées jusqu’alors sur les produits associés à cette activité volcanique (subaérienne et sous-marine) ont montré un caractère chimique transitionnel avec une composition isotopique (87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd et 176Hf/177Hf) particulièrement homogène pour un volcanisme de point chaud. Dans cette étude, nous montrons que des laves sous-marines récemment identifiées sous la série basique du Piton de la Fournaise (au sein de la sur Rift Zone Nord-Est) ainsi que des laves subaériennes affleurant à la base de canyons incisés dans le massif (Série Différenciée de la Rivière des Remparts), présentent des caractéristiques ne s’inscrivant pas dans le modèle d’évolution proposé précédemment pour ce volcan. Se pose donc la question de la nature et de l’origine de ces laves, ainsi que de leur place et appartenance dans l’édification du système volcanique réunionnais. De nouvelles investigations pétro-géochimiques et géochronologiques ont été menées sur la partie sous-marine de l’édifice de La Réunion. Elles révèlent l’existence d’un groupe de laves exceptionnel. Leur composition se distingue clairement de celle des échantillons communément analysés à La Réunion et montre (1) un enrichissement en éléments incompatibles couplé isotopiquement à (2) un rapprochement vers un pôle mantellique enrichi de type EM. Ces particularités géochimiques démontrent que le panache mantellique possède (1) une source hétérogène affectée par (2) des taux de fusion variables. De plus, deux échantillons de ce nouveau groupe datés à 3,77 (0,08) et à 3,34 (0,07) Ma étendent considérablement la période d’activité connue de l’édifice. Ces âges remarquables font de ces laves les plus anciennes jamais datées à La Réunion. La nature géochimique ainsi que la position stratigraphique des laves de cette étude (échantillons subaériens et sous-marins des massifs du Piton des Neiges et du Piton de la Fournaise) impliquent une réinterprétation du schéma d’évolution global de l’île. Contrairement aux études précédentes, nos résultats sur ces laves montrent que : (1) Les laves différenciées de la Rivière des Remparts, qui sont des laves subaériennes, de part leur position stratigraphique et géographique sous-jacente au Piton de la Fournaise et par analogie avec le Piton des Neiges, ne peuvent être reliées à l’activité de la Fournaise, (2) Le signal isotopique du groupe de laves sous-marines de la Rift Zone Nord-Est de la Fournaise, révèlent l’hétérogénéité de la source du panache mantellique sous La Réunion, source que nous identifions comme des enclaves d’éclogite contenues dans une lherzolite à spinelle, (3) L’âge plus ancien de ces laves sous-marines et leur localisation sous le flanc Est de la Fournaise remet en questions le schéma jusqu’alors admis pour l’édification de l’île de La Réunion reposant sur la construction du Piton des Neiges puis celle, adjacente, du Piton de la Fournaise. En conséquence, nos données géochimiques et géochronologiques sont de nouveaux arguments en faveur de l’élaboration d’un modèle d’évolution plus complexe, suggérant l’existence d’un troisième massif volcanique. Il est en accord avec les précédents travaux de pétrologie et de géophysique suggérant l’existence d’un troisième édifice à l’Est de La Réunion, communément appelé le Volcan des Alizés
The volcanic system of La Reunion is made of the coalescent Piton des Neiges and Piton de la Fournaise edifices. Its formation, associated with the activity of a mantle plume, is characterized by phases of submarine and subaerial growth, followed by a period of destruction, as described in the classical model proposed for Hawaiian Island volcanoes. Previous studies showed that the subaerial activity of La Reunion would have started around 2.2 Ma ago. Geochemical analyses carried out on the products associated with subaerial and submarine volcanism revealed their transitional chemical nature and their peculiar homogeneous isotopic compositions (87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd et 176Hf/177Hf) for a hotspot derived magmatism. In this study, we show that some unusual submarine lavas were recently identified below the basal series of Piton de la Fournaise volcano (dredged on the North-East Rift Zone of la Fournaise) and below the subaerial lavas outcropping at the base of the differentiated series of Rivière des Remparts, indicate that the evolution of La Reunion system is probably more complex than previously suggested. The question of the nature and origin of these lavas, together with their implication on the formation of La Reunion, is an issue of major interest in order to better constrain the global evolution of the volcanic system. As a consequence, new petrological, geochemical and geochronological investigations were conducted on the submarine part of La Reunion edifice. They revealed the existence of a geochemically exceptional group of lavas. Its composition is clearly different from common samples of La Reunion and presents (1) an enrichment in incompatible elements and (2) tends toward an enriched EM endmember. These chemical specificities reveal that the source of La Reunion magmatic products is (1) an heterogeneous source affected by (2) variable melting degrees. Moreover, two samples of this new group dated at 3.77 (0,08) and 3.34 (0,07) Ma extend considerably the period of activity of the island. These rocks are the oldest samples ever dated at La Reunion. The nature and stratigraphical location of subaerial and submarine samples from Piton des Neiges and Piton de la Fournaise imply a new interpretation of the global evolution of the island. Unlike previous studies, our results indicate that :(1) The differentiated subaerial lavas from Rivière des Remparts, due to their stratigraphical and geographical location underlying Piton de la Fournaise, and by analogy with the Piton des Neiges, cannot be linked to the activity of Piton de la Fournaise. (2) The isotope signature of the submarine lava group from the North-East Rift Zone of Piton de la Fournaise, reveals the heterogeneous character of the mantle source under La Reunion Island, that can be modelled as embedded eclogite in a matrix of spinel lherzolite, (3) The age of this submarine group and its location under the eastern flank of Piton de la Fournaise, imply a more complex model of evolution of La Reunion. Therefore, our geochemical and geochronological data are new arguments suggesting the existence of a third volcanic center on the island. This assumption confirms the previous petrological and geophysical evidence supporting the existence of this volcano at the East of La Reunion, commonly called Les Alizés volcano

Sur Mars, la datation par comptage de densité de cratères est actuellement la seule méthode utilisée pour dater les surfaces planétaires. Cependant, sur Mars, elle n'a pas encore été corrigé et complété par des datations absolues. Ce travail consiste à développer un prototype démontrant le potentiel d'une nouvelle approche expérimentale basée sur la méthode K-Ar pour dater les roches martiennes in situ. L'objectif à terme est de proposer une solution instrumentale de datation absolue pour un futur rover d'exploration.Un laser Nd :YAG quadruplé pour tirer à 266 nm ablate un échantillon basaltique mis sous vide secondaire. L'observation du plasma par " Laser Induced Breakdown Spectroscopy " apporte des informations sur la concentration en K et sur la nature chimique et minéralogique de la cible. Puisque l'ablation est faite par un laser UV et sous vide secondaire, l'ablation est reproductible par minéralogie. La reconnaissance stoechiométrique permet donc d'estimer la masse vaporisée. Après purification des gaz libérés, un spectromètre de masse quadripolaire détermine la quantité d'argon.L'ensemble de ces mesures pourvoit un âge avec une incertitude théorique de 13% dans les meilleures conditions.Les calibrations du dispositif expérimental ont apporté de nombreuses informations sur des effets sur les spectres LIBS provoqués par l'ablation sous vide secondaire. L'augmentation de la pression e tla variation de géométrie du cratère d'ablation ont des effets opposés sur les pics des éléments.Nous avons aussi démontré que l'instrument était capable de mesurer l'âge de la mésostase de roche basaltique et qu'il offre des perspectives intéressantes sur certaines phases minérales comme la biotite.