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Radionucléïdes et temps de résidence

  • Cinétiques des transferts de magmas

Les radionucléides de courte période ne sont pas seulement des outils de datation, ils sont aussi un moyen irremplaçable d’appréhender la cinétique de processus géologiques qui se déroulent sur une échelle de temps comparable à leurs périodes radioactives et d’aborder ainsi les problèmes de cinétique des transferts de magmas.
Les analyses géochimiques, et en particulier celles des déséquilibres radioactifs entre les nucléides 238U, 230Th, 226Ra et 210Pb dans les laves émises au cours des deux éruptions récentes de l’Etna (2001 et 2002-2003) montrent que le magma alimentant l’Etna évolue vers des compositions de plus en plus basaltiques, avec de forts enrichissements en éléments alcalins (K, Rb) et en 226Ra liés attribués à un apport de fluides dans le magma (figure). Cette tendance, déjà amorcée en 1970, s’accentue de nos jours. Les déséquilibres entre 226Ra et 210Pb ont permis de montrer que les enrichissements signalés ci-dessus ne pouvaient pas se produire par une contamination dans la croûte continentale sous l’Etna, mais plutôt dans le manteau, au moment de la fusion partielle qui crée le basalte. L’ensemble des résultats pétrologiques et géochimiques suggèrent que l’Etna est maintenant alimenté par un nouveau magma basaltique particulièrement riche en fluides, qui peut provoquer dans les années à venir des éruptions très explosives (Clocchiatti et al., 2004).
Une étude des déséquilibres 230Th - 226Ra dans les basaltes et océanites émises au cours des derniers siècles par le Piton de la Fournaise (île de la Réunion) a montré que les basaltes ayant fait éruption à l’intérieur de la caldera de l’Enclos ou dans les « rift-zones » ont des rapports (226Ra/230Th) plus bas que ceux émis à l’extérieur. La variation de ces rapports au cours du temps résulte de l’alternance d’épisodes d’évolution magmatique en milieu clos (pendant des durées de l’ordre de 103 ans) et d’épisodes plus brefs de réinjection et mélange. Un tel épisode caractérise la période 1960-1998 : les résultats suggèrent un temps de résidence du magma d’environ 25 ans dans le système superficiel d’alimentation, d’un volume voisin de 0,35 km3 (Sigmarsson et al., 2005).

Les rapports (226Ra)/Ba et Rb/Th élevés des laves des dernières éruptions de l’Etna traduisent l’arrivée en surface de magmas basaltiques enrichis en fluides
  • Temps de résidence des eaux souterraines

Le temps de résidence est un des paramètres fondamentaux dans l’étude du fonctionnement des réservoirs aquifères souterrains. Il permet, entre autres, de modéliser la réponse du réservoir et des sources qu’il alimente à une pollution d’origine naturelle ou artificielle. Les méthodes classiques basées sur le 14C, le tritium ou d’autres nucléides cosmogéniques ne sont pas toujours bien adaptées pour traiter ce problème. Nous développons actuellement l’utilisation des isotopes du Ra pour tenter de résoudre cette question.
Les rapports entre les différents isotopes du Ra sont liés, non seulement aux rapports Th/U des roches lessivées, mais aussi aux temps de résidence en profondeur et de transfert des eaux thermales (Rihs et Condomines, 2002). Une étude est en cours sur les eaux carbo-gazeuses, très riches en Ra (226Ra, 228Ra, 224Ra et 223Ra), du bassin de Lodève. Les mesures des isotopes du Ra peuvent être effectuées sur les eaux elles-mêmes. En outre les variations passées des rapports (228Ra/226Ra)0 sont accessibles grâce à la datation, par les méthodes 226Ra – 210Pb et 228Ra – 228Th des carbonates précipités par ces eaux à l’émergence. Les premiers résultats suggèrent l’existence en profondeur d’un réservoir hydrothermal, d’extension limité, ayant atteint l’état stationnaire (la décroissance radioactive du 228Ra étant compensée par son lessivage continu à partir des roches encaissantes).