Perturbation des âges U-Th-Pb par rétention partielle du Pb* dans des nanocristaux

L’interprétation de la dynamique planétaire passe par l’intégration de processus géologiques dans un cadre temporel. La géochronologie donne accès à un âge absolu mais aussi aux durées et vitesses des processus. Au cours des temps géologiques, les roches sont affectées par ces processus qui laissent des traces, parfois seulement visibles à l’échelle nanométrique. La sonde atomique tomographique (SAT) permet d’accéder à des informations isotopiques en 3D à l’échelle nanométrique. Cette technique analytique, appliquée récemment aux matériaux géologiques, ouvre des possibilités nouvelles pour améliorer notre compréhension des mécanismes actifs à l’échelle nanométrique.

Des chercheur.e.s du CNRS et des Universités de Saint-Etienne, Lyon, Curtin et Edimbourg, ont identifié la cause des perturbations qui faussent la mesure du temps de roches Précambriennes du complexe de Napier en Antarctique à l’histoire géologique mouvementée. Les résultats révèlent que dans ces roches, les radiochronomètres ²³⁸U/²⁰⁶Pb, ²³⁵U/²⁰⁷Pb et ²³²Th/²⁰⁸Pb de la monazite indiquent des âges discordants à l’échelle micrométrique. Les monazites les moins discordantes contiennent beaucoup de nanocristaux riches en Pb (Ø∼ 50 nm). Les plus discordantes contiennent au contraire peu de nanocristaux (Ø∼ 50 à 500 nm). La discordance est donc liée à la rétention partielle de Pb radiogénique (Pb*) sous forme de nanocristaux riches en Pb* à la suite d’un épisode de dissolution-précipitation incongruent. L’étude a également déterminé les moments de perturbation et mobilités du Pb*. Les grains de monazite ont cristallisé à 2,44 Ga et ont été affectés par deux épisodes de mobilité du Pb*. L’un (t1) à 1,05 Ga qui a conduit à la cristallisation d'une première génération de galènes nanométriques (Gn1) et une purge complète du Pb* de la matrice de la monazite. L’autre (t2) à 0,55 Ga est associé à la cristallisation d'une seconde génération de galènes (Gn2) ayant une signature ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb indiquant un mélange de deux composants de Pb∗ hérités. Cet événement est caractérisé par une remise à zéro plus localisée des chronomètres U-Th-Pb de la matrice de la monazite que lors de l’événement t1.

Ces résultats sont possibles grâce à l’intégration de datations in situ à l’échelle micrométrique et au couplage des informations isotopiques et structurales obtenues en SAT et microscopie électronique en transmission (MET) à l’échelle nanométrique.