ETUDE DU MANTEAU ARCHEEN. APPORTS ET LIMITES DES TRACEURS GEOCHIMIQUES (REE, Nd, Hf, Sr et 0)

Résumé : Dans ce travail nous utilisons les propriétés de traceurs géochimiques des systèmes isotopiques du Sm-Nd, Lu-Hf et Rb-Sr, ainsi que des éléments majeurs et des éléments en trace (Terres Rares) pour apporter une contribution à la connaissance de la composition et de l'évolution du manteau archéen terrestre (T compris entre 2500 et 3800 Ma). Nous étudions aussi le comportement de ces systèmes et/ou éléments lors de l'altération et du métamorphisme, étant entendu que les roches archéennes présentent toutes des signes d'altération et/ou de métamorphisme, deux processus qui peuvent avoir effacer leurs caractéristiques géochimiques originelles. Les objets d'étude sont des roches de composition basique à ultrabasique (komatiites, basaltes et gabbros) et proviennent d'Afrique du sud (ceintures de Barberton et de Schapenburg; T=3500 Ma), d'Australie (craton de Pilbara; T=3500 Ma), de Finlande (T=2700 Ma) et du Groënland (ceinture d'Isua; T=3800 Ma). Les résultats géochimiques obtenus sur les komatiites d'Afrique du Sud et du craton de Pilbara, couplés avec ceux publiés sur des komatiites provenant d'autres régions du monde (Canada, Zimbabwe, Inde), montrent qu'il existe, dans ces roches, des variations systématiques des rapports Caû/Ahû3, Al203fTi02 et (Gd!Yb)N telles que trois groupes géochimiques de komatiites archéennes peuvent être reconnus et définis: un Groupe I dans lequel les trois rapports précités présentent des valeurs proches des celles mesurées dans les chondrites; un Groupe TI dans lequel les roches montrent des appauvrissements relatifs en Aluminium et en Terres Rares Lourdes; enfin, un Groupe Ill dans lequel les roches présentent, au contraire, des enrichissements relatifs en Aluminium et en Terres Rares Lourdes. En règle générale, les komatiites archéennes précoces (T~3400 Ma) appartiennent aux Groupes TI et ill, celles provenant des terrains archéens tardifs (T=2700 Ma) étant principalement du Groupe 1. Les modélisations géochimiques montrent que les variations observées sont attribuables à des "pertes" (Groupe TI) ou à des "gains" (Groupe ill) de grenat. Les résultats isotopiques Lu-Hf obtenus sur des échantillons de komatiite du Groupe TI de la ceinture de Barberton (êHf(T)=O) indiquent que le fractionnement de grenat se produisait lors des épisodes de fusion partielle mantélique (grenat au résidu solide). Couplé avec les données de la pétrologie expérimentale qui montrent que, dans le manteau, la phase au liquidus est le grenat majorite lorsque la pression est ~ 15 GPa, ce résultat nous conduit à proposer un modèle reliant les variations géochimiques observées dans les komatiites archéennes à des différences dans la profondeur de fusion des diapirs mantéliques. En tout état de cause, ces variations ne sont pas la trace fossile d'une stratification chimique et minéralogique du manteau archéen, engendrée par un épisode "océan magmatique terrestre" qui se serait développé il y a 4400 Ma. D'une manière générale, et sans remettre en cause les résultats précédemment énoncés, l'étude du comportement des systèmes isotopiques ainsi que des éléments majeurs et des éléments en trace lors des processus d'altération et/ou de métamorphisme affectant les roches basiques et ultrabasiques archéennes nous conduit à nous interroger sur la capacité réelle de ces systèmes à fournir des traceurs fiables de la composition chimique et isotopique du manteau archéen. En particulier, les résultats obtenus sur les coulées de komatiites de Finlande Orientale (régions de Tipasjarvi et de Siivikkovaara) montrent que la recristallisation métamorphique peut effacer l'ensemble des mémoires magmatiques initialement contenues dans les roches, y compris celles affèrent à des éléments ou des systèmes isotopiques réputés être réfractaires, comme les Terres Rares ou le système isotopique Sm-Nd. A Siivikkovaara, par exemple, nous montrons que la recristallisation métamorphique s'est accompagnée d'une ré-équilibration complète des systématiques Sm-Nd roche-totale: alors que les coulées se sont mises en place il y a 2700 Ma, l'âge isochrone Sm-Nd roche-totale calculé est de 1800 Ma, ce qui correspond à l'épisode métamorphique enregistré dans les minéraux métamorphiques présents dans les échantillons. Les résultats isotopiques de l'oxygène montrent que la recristallisation métamorphique s'opèrait dans des conditions de température de l'ordre de 450°C et que la phase fluide jouait un rôle important dans la mobilité des Terres Rares. Le fait que les ré-équilibrations isotopiques se soient produites 1 Ga après la mise en place des coulées conduit à la production d'une gamme aberrante de valeurs êNd(T) (de -8 à +3), sans signification aucune quant à la nature des sources mantéliques impliquées. Le même type de comportement est observé dans les roches de la ceinture d'Isua au Groenland. Alors que certains auteurs ont voulu voir dans la gamme isotopique initiale définie par les roches de cette ceinture (êNd(3800) compris entre -1.0 et +3.5) la trace de composants crustaux d'âge >3800 Ma et/ou de domaines mantéliques très appauvris en Terres Rares Légères, nous montrons que les valeurs êNd(3800) calculées servant de base à ces interprétations ne sont pas des valeurs vraies, mais des valeurs apparentes résultant de fractionnements isotopiques secondaires survenant 1 Ga après la mise en place des roches. En fait, des quatres régions étudiées, seules les komatiites de Schapenburg paraissent avoir préservé la quasi-intégralité de leurs mémoires magmatiques originelles.
Type de document :
Thèse
Géochimie. Université de Rennes 1 [UR1], 1993. Français
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Contributeur : Isabelle Dubigeon <>
Soumis le : mercredi 23 août 2017 - 10:13:38
Dernière modification le : mercredi 16 mai 2018 - 11:23:34

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Gérard Gruau. ETUDE DU MANTEAU ARCHEEN. APPORTS ET LIMITES DES TRACEURS GEOCHIMIQUES (REE, Nd, Hf, Sr et 0). Géochimie. Université de Rennes 1 [UR1], 1993. Français. 〈tel-01576414〉

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