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Rubrique géosciences [annexe de "Géologie & Alpes"]

1) Thermochronologie - Trace de fission

 

FCT Standard 10 x 50 (corrections couleurs)

  Fig. 1 : Section primatique d'un cristal d'apatite avec ses traces de fissions spontannées

 

 

1. Introduction

 

L’utilisation des dommages créés dans les minéraux par la fission spontanée (Fig. 1) de l'uranium 238 (238U) a été proposée par Price et Walker à partir de 1963 pour dater les roches. Cette méthode découle de l’accumulation, au cours du temps, des traces de fission au sein du réseau cristallin dans les minéraux riches en uranium tels que l’apatite, le zircon, la titanite (Price et Walker, 1963 ; Fleischer et al., 1975).

L’estimation de l’âge s’effectue en déterminant la densité des traces spontanées dans ces minéraux. Les traces de fission sont stables selon une gamme de températures. A haute température, les traces sont détruites partiellement ou effacées de manière complète. Ce processus est observable par la mesure de la longueur des traces confinées, c'est-à-dire, situées à l’intérieur du cristal (Naeser, 1979 ; Gleadow et al., 1986 ; Green et al., 1989 ; Carlson, 1990 ; Corrigan, 1991 ; Crowley et al., 1991 ; Ketcham et al., 1999). Les mesures sont possibles seulement après un traitement chimique (attaque acide) approprié des cristaux.

 

Cette méthode a pris son essor depuis une vingtaine d’années et est utilisée dans une large variété de contexte géodynamique. Elle a été appliquée rapidement au problème d’exhumation des roches (Wagner et Reimer, 1972). L’analyse des traces de fission dans les cristaux d’apatite est une technique qui permet de déterminer leur histoire thermique à faible température (Brown et al., 1994 ; Gallagher et Brown, 1997 ; Gallagher et al., 1998 ; Gleadow et Brown, 2000). Les traces de fission sont par conséquent très utilisées pour rendre compte la dénudation et/ou l’exhumation  des reliefs (Brown et al., 1994). Les traces de fission étant sensibles à une certaine gamme de températures peuvent être utilisées pour déduire des profondeurs d’enfouissement en tenant compte du gradient géothermique d’une région donnée (en moyenne 30°C/km pour une lithosphère continentale stable). La sensibilité thermique des traces de fission à de faibles températures (< 110°C) fournit, de ce fait, un âge relatif inférieur aux âges stratigraphiques ou aux autres datations radiochronologiques. En effet, les datations déterminées par cette méthode fournissent des âges de refroidissement. Aussi, cette méthode apporte une contrainte significative sur l’évolution thermique d’une roche au cours du temps. A partir d’une histoire thermique ainsi reconstituée, il est possible de quantifier le taux d’érosion (Green et al., 1989 ; Gallagher et al., 1994 ; Fitzgerald et al., 1995). L’ampleur de l’érosion de la couverture sédimentaire ou encore l’évolution géodynamique d’une région peuvent être reconstituées (Gallagher et al., 1998).

 

Les traces de fission sont des outils permettant de quantifier la composante verticale des mouvements tectoniques qui ont pu affecter les premiers kilomètres de la croûte au cours des temps géologiques. Cette quantification s’opère au niveau des domaines orogéniques (étude des taux de surrection/érosion), dans les bassins sédimentaires, les socles anciens (érosion de "soubassement cristallin"), ainsi que dans les marges continentales (évolution géomorphologique). Dans les bassins sédimentaires, cette technique est largement utilisée pour la reconstitution de leur histoire thermique, la reconnaissance des épisodes d’inversions, ainsi que l’évaluation des paléogradients géothermiques (Wagner et Van den Haute, 1992 ; Armstrong et al., 1997 ; Gallagher et al., 1998). La thermochronologie TF est également appliquée dans l’exploration pétrolière où la probabilité de découvrir un gisement contenant de la matière organique mature dépend de l’histoire thermique et tectonique.

 

 

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