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Chronologie du Magmatisme, du Métamorphisme, et de la Déformation dans les Orogènes

L’une des thématiques de recherche forte de l’équipe de "GEODE" est l’étude chronologique précise de l’évolution et de la dynamique de la lithosphère continentale ce qui implique les processus de formation, de déformation, de métamorphisme et de fusion. La Géochronologie-Thermochronologie est un outil incontournable pour la compréhension des phénomènes tectoniques et géodynamiques qui affectent la croûte et la lithosphère continentale, en apportant des éléments de réponse aux grands problèmes actuels de la Géologie des Chaînes de Montagne et des Bassins Sédimentaires à travers des contraintes de temps précises et fiables : polyphasage tectonique, héritage, vitesse de déformation, exhumation des roches profondes, couplage tectonique/érosion/sédimentation etc….

  • Participants : A. Leyreloup, P. Monié, H. Maluski, F. Roger, N. Arnaud, M. Brunel

La complexité de ces questions implique de mener de front une étude pluridisciplinaire, en synergie entre la géochronologie et les autres disciplines, comme la tectonique, la pétrologie, la stratigraphie et la géophysique, spécialités qui sont elles aussi représentées au sein de l’UMR Geosciences Montpellier.

Le groupe montpelliérain de Géochronologie-Thermochronologie a la particularité de présenter une large palette de méthodes de datation que peu de centres de recherche en France peuvent proposer. Ces méthodes couvrent la gamme complète des âges à l’échelle des temps géologiques depuis les temps très anciens (méthodes U/Pb, Rb/Sr, Ar/Ar) jusqu’à la datation des phénomènes très récents (méthodes de traces de fission, déséquilibres radioactifs, U-Th-He). Le couplage des méthodes U/Pb, Rb/Sr et Ar/Ar permet de dater le magmatisme et les différents événements tectono-métamorphiques qui affectent par exemple un granite depuis sa mise en place (800-700°C) jusqu’à des températures de l’ordre de 300°C, c’est-à-dire au voisinage de la limite cassant/ductile. Pour connaître la fin de l’histoire thermique (300°C-60°C), il faut faire appel à d’autres méthodes de thermochronologie qui sont aussi disponibles au sein du laboratoire Géosciences (modélisation de la perte d’argon sur feldspath, Traces de Fission sur zircons et apatites, U-Th/He). Ces méthodes de basse et de très basse température font le lien avec l’étude du couplage entre déformation lithosphérique et formation des reliefs.
Concernant les datations longues périodes (U/Pb ; Rb/Sr), nous avons pris le parti de continuer notre travail par TIMS. Ces méthodes sont complémentaires des datations ponctuelles par SIMS ou ICP-MS à ablation laser. En effet, à ce jour, la méthode U/Pb dite conventionnelle (TIMS) demeure encore la méthode la plus juste et la plus précise. L’atout majeur de la géochronologie U/Pb conventionnelle est la mesure très rigoureuse du rapport U/Pb par dilution isotopique. Cette méthode lorsqu’on s’intéresse à des gammes d’âges jeunes (< 200 Ma) voir très récents (< 20 Ma) demeure encore d’une précision incomparable par rapport à la calibration par standard externe utilisée par les méthodes instrumentales.

La datation U/Pb de différents minéraux (zircons, monazites, titanites, rutiles, apatites) est un outil essentiel qui nous permet d’appréhender la chronologie des divers stades d’évolution du métamorphisme.
En ce qui concerne le métamorphisme et les déformations qui lui sont associées, nos différentes techniques analytiques permettent de contraindre dans le temps les chemins (P-T-D) en déterminant l’âge et la durée des différentes étapes.

Dans de nombreux cas, la succession des phases de déformation et de métamorphisme aboutit à la coexistence de phases minérales formées à divers stades de l’évolution P-T des roches, ce qui implique une approche géochronologique à l’échelle du cristal pour bien appréhender cette évolution. Les techniques d’analyses ponctuelles 40Ar/39Ar que nous avons développées en utilisant des lasers de longueur d’onde variable (IR et UV) permettent de suivre en partie cette évolution de façon relativement continue soit par la datation de phases minérales isolées soit par la datation in-situ sur sections polies de roche. Le couplage de ces techniques ponctuelles avec une approche pétrographique très détaillée, permet de dater in situ la succession des équilibres métamorphiques présents au sein d’un même échantillon, donnant accès aux vitesses de refroidissement et/ou d’exhumation et parfois aux taux de déformation.Le groupe de Géochronologie-Thermochronologie a également une démarche méthodologique développer les outils qui permettront de dater des étapes clés de l’histoire orogénique qui ne sont par encore accessibles à la thermochronologie, par exemple l’exhumation des roches de très haute pression ou, à l’inverse, la déformation ou l’exhumation dans les niveaux cassants et froids de la lithosphère. Dans ces deux cas la compréhension du fonctionnement des systèmes isotopiques lors de la déformation et du métamorphisme (héritage, remise à zéro, déséquilibre isotopique, perte par diffusion…) nécessitent l’utilisation de méthodes de caractérisation physiques et chimiques conjointement à la datation isotopique, en particulier, l’étude de faciès tels que les pseudotachylites et les gouges.