Comportement géochimique du chronomètre U-Th-Pb dans la monazite : approche par analyses in-situ au LA-ICP-MS

par Amélie Didier

Thèse de doctorat en Géochimie

Sous la direction de Jean-Louis Paquette et de Valérie Bosse.

Soutenue le 13-12-2013

à Clermont-Ferrand 2 , dans le cadre de École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Laboratoire Magmas et Volcans (équipe de recherche) .

Le président du jury était Christian Nicollet.

Le jury était composé de Jean-Marc Montel, Anne-Magali Seydoux-Guillaume, Massimo Tiepolo, Emilie Janots.

Les rapporteurs étaient Jean-Marc Montel, Anne-Magali Seydoux-Guillaume.


  • Résumé

    La richesse en Th et en U de la monazite en fait un excellent géochronomètre pour dater les roches magmatiques et métamorphiques de la croûte terrestre. Peu sensible à la diffusion du Pb dans sa structure cristalline, elle peut enregistrer des évènements géologiques de haute température sans risque de remise à zéro de son géochronomètre. Réservoir principal des actinides et des lanthanides, elle participe à de nombreuses réactions minéralogiques, faisant aussi d’elle un très bon traceur pétrogénétique. Coupler sa chimie à son isotopie permet donc d’interpréter précisément la nature des processus géologiques dont elle enregistre l'âge. L’étude de trois objets géologiques distincts a permis de montrer que la monazite est très sensible aux interactions avec les fluides. Ils vont induire sa dissolution partielle ou totale, suivie de la recristallisation de nouveaux grains. De multiples paramètres vont influencer son comportement face au fluide. Ainsi, à basse température (350°C - 450°C) dans un microgranite, un fluide riche en fluor et carbonates va favoriser la dissolution-précipitation de la monazite, alors qu’un fluide riche en éléments alcalins n’aura aucun effet sur elle. Par contre, à plus haute température (> 600°C) dans des roches métapélitiques, ce même fluide va induire sa dissolution-précipitation. En fonction de la mobilité du Pb, du Th et de l’U, le mécanisme de dissolution-précipitation peut avoir différents impacts sur le géochronomètre : ainsi, l'âge des grains recristallisés peut soit correspondre à l’âge du grain initial, soit dater l’interaction avec le fluide, soit n’avoir aucune signification géologique. Les systèmes isotopiques U-Pb et Th-Pb peuvent également être affectés par l’incorporation de Pb commun dans la monazite lors de sa cristallisation (jusqu’à plusieurs centaines de ppm), ce qui va artificiellement vieillir les âges enregistrés. L'ensemble de ces observations montre que l'âge enregistré par la monazite s'interprète au cas par cas. Dans l’avenir, l’optimisation de l’utilisation de la monazite comme géochronomètre doit passer par (1) une amélioration des techniques d’analyses (augmentation de la résolution spatiale pour résoudre des problèmes géologiques à l’échelle nanométrique, standardisation avec des monazites homogènes) et (2) un couplage de différents types d’analyses (chimie, datation, isotopes de l’oxygène). Ceci devrait permettre d’interpréter aux mieux les âges qu’elle enregistre.


  • Résumé

    Monazite is regarded as a robust geochronometer in magmatic and metamorphic crustal rocks because it contains high concentrations of Th, and to a lesser extent U. Insensitive to lead diffusion, it possibly records high temperature geological events without resetting. On the other hand, monazite strongly controls the lanthanide and actinide budget in the host-rock and is involved in numerous chemical reactions, which makes it a good petrogenetic tracer as well. Therefore, the coupling of age and chemical data in monazite allows an accurate interpretation of the geological event which is recorded by monazite crystallization. However, monazite is very sensitive to interactions with fluids, which possibly result in its partial or complete dissolution, followed by recrystallization of new grains. The present study has shown that the behavior of monazite during fluid-rock interaction is controlled by several parameters: fluid and rock composition, ligands, pH and temperature. At low temperatures (350°C - 450°C) in a microgranite, monazite is easily disturbed by dissolutionprecipitation in presence of F and CO2 -rich fluid, while an alkali-bearing fluid has no effects on it. By contrast, at higher temperatures (> 600 ° C) in metapelitic rocks, the same alkalibearing fluid induces dissolution-precipitation of monazite. The impact of this process on the geochronometer of depends on Pb, Th and U mobility in the fluid: as a result, the newly formed grained record either the same age as the initial crystal, the age of fluid/rock interaction, or an apparent age without any geological significance. The U-Pb and Th-Pb isotopic systems in monazite can also be affected by the incorporation of common Pb during crystallization (up to several hundred ppm), then increasing artificially the recorded ages. This work has demonstrated that the correct interpretation of the age data in monazite relies on a careful characterization of each geological example and cannot rely simply on commonly accepted paradigms. In the future, optimizing the use of monazite as geochronometer implies to (1) improve the analytical methods (increasing spatial resolution to solve geological problems at the nanometric scale, use of homogeneous monazites as standards) and (2) use a range of geochemical tools (major- and trace elements, U-Th-Pb dating, oxygen isotopes). This would help to better interpret the ages recorded by monazite.


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