Développement, calibration et application d'une nouvelle méthode géo-chronométrique (U-Th)/He sur magnétite et spinelle dans les roches ultrabasiques

par Marianna Corre

Projet de thèse en Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement

Sous la direction de Stéphane Schwartz et de Fabrice Brunet.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Sciences de la Terre de l'Environnement et des Planètes , en partenariat avec Institut des Sciences de la Terre (laboratoire) depuis le 01-10-2019 .


  • Résumé

    Les péridotites serpentinisées sont largement reconnues comme étant un des constituants majeurs de la croûte océanique et affleurent dans le cas des dorsales lentes à ultra-lentes au niveau des zones en accrétion par l'intermédiaire de faille de détachement. On retrouve également ces roches ultrabasiques serpentinisées dans les zones orogéniques témoins des processus de subduction et d'obduction. Les serpentinites ont fait l'objet de nombreuses études pétrologiques et géochimiques, en particulier à l'ISTerre. Cependant les processus de serpentinisation qui représentent des marqueurs géodynamiques de choix, souffrent d'un manque de contraintes géochronologiques du, en partie, à la faible diversité minéralogique des serpentinites qui interdit l'utilisation des méthodes géochronologiques traditionnelles (U/Pb). Les récentes avancées de la méthode (U-Th)/He appliquée aux oxydes de fer contenus dans les roches volcaniques ou dans les latérites ouvrent une nouvelle voie dans le domaine de la géochronologie. Dans le cas des serpentinites, la datation, par la méthode (U-Th)/He, de la magnétite produit de la déstabilisation de l'olivine et du pyroxène en présence d'eau ou des spinelles présent dès la cristallisation, pourraient permettre de dater directement les processus hydrothermaux de serpentinisation dans le cas océanique voire leur exhumation dans le cas métamorphique. Le projet de thèse vise (1) à développer et tester les protocoles analytiques et méthodologiques nécessaires à la mise en oeuvre de la datation (U-Th)/He. Pour cela, le candidat travaillera en étroite collaboration avec les spécialistes de l'université Paris-Sud. Ensuite, (2) la méthode sera calibrée sur des oxydes de fer(magnétite / spinelle) prélevés dans différents environnements naturels dont l'histoire thermique est relativement bien contraintes ; des échantillons naturels seront également dopés en He à haute pression dans le but d'extraire des coefficients de diffusion pour l'He et ainsi contraindre les températures de fermeture. Enfin, (3) nous proposons d'effectuer un échantillonnage de magnétite et de spinelle dans des serpentinites formées dans des conditions métamorphiques variables (Alpes, Nouvelle Calédonie). Ces oxydes de fer seront séparés et caractérisés finement d'un point de vue textural, chimique et morphologique (DRX, MEB, microsonde, Mössbauer). L'objectif est ici d'appliquer la méthode (U Th)/He sur oxydes de fer et spinelle afin d'obtenir des âges qui pourront être discutés en fonction du contexte géodynamique des processus de serpentinisation depuis la ride jusque dans les conditions de subduction.

  • Titre traduit

    Development, calibration and application of a new geo-chronometric method (U-Th)/He on magnetite and spinel in ultrabasic rocks


  • Résumé

    Serpentinized peridotites are widely recognized as one of the major components of the oceanic crust and are associated to the formation of the slow to ultra-slow ridges during detachment fault activity. These serpentinized rocks are also found in the orogenic zones related to the subduction and obduction processes. Serpentinites have been the aim of numerous petrological and geochemical studies, particularly at ISTerre, Grenoble. However, serpentinization processes, which represent important geodynamic markers, suffer from a lack of geochronological constraints due, in part, to the low mineralogical diversity of serpentinites, which prohibits the use of traditional geochronological methods (U/Pb). Recent advances in the (U-Th)/He method applied to iron oxides in volcanic rocks or laterites open a new path in the field of geochronology. In the case of serpentinites, (U-Th)/He dating applied to magnetite, which is produced by destabilization of olivine and pyroxene in the presence of water, or primary magmatic spinels, could allow directly to date the hydrothermal processes of serpentinization in the oceanic context or even their exhumation in the case of metamorphic rocks. The thesis aims to (1) develop and test the analytical and methodological protocols associated to the (U-Th)/He dating on iron oxides. For this purpose, the candidate will work in close collaboration with specialists from Paris-Sud University. Then, (2) the method will be calibrated on iron oxides (magnetite / spinel) collected in different geological environments where thermal history is relatively well constrained. Natural samples will also be doped with helium at high pressure in order to extract diffusion coefficients for He and thus constrain the closing temperatures. Finally, (3) we propose to carry out sampling of magnetite and spinel in serpentinites formed under variable metamorphic conditions (Alps, New Caledonia). These iron oxides will be separated and finely characterized from a textural, chemical and morphological point of view (DRX, MEB, microprobe, Mössbauer). The objective here is to apply the (UTh)/ He method on iron oxides and spinel in order to obtain ages that can be discussed according to the geodynamic context of the serpentinization processes from the oceanic ridge to the subduction contexts.