{"id":2662,"date":"2017-05-12T19:56:30","date_gmt":"2017-05-12T17:56:30","guid":{"rendered":"http:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/?p=2662"},"modified":"2018-07-16T11:00:55","modified_gmt":"2018-07-16T09:00:55","slug":"fluorine-chlorine-and-oh-content-in-biotites-during-contact-metamorphism","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/2017\/05\/fluorine-chlorine-and-oh-content-in-biotites-during-contact-metamorphism\/","title":{"rendered":"Fluorine, chlorine, and OH content in biotites during contact metamorphism"},"content":{"rendered":"

Th\u00e8se soutenue par Guillaume Siron, le 12 mai 2017, Institut des sciences de la terre (ISTE)<\/em><\/p>\n

Les grandes forces qui s’exercent \u00e0 l’int\u00e9rieur de la Terre sont responsables de la tectonique des plaques, c’est \u00e0 dire du mouvement de grandes parties de la Terre qui parfois se rencontrent dans ce que l’on appelle des zones de convergences. Ces zones sont connues pour \u00eatre le lieu principal de s\u00e9ismes mais aussi d’\u00e9ruptions volcaniques.<\/p>\n

L’interaction entre des fluides mobiles et les roches environnantes est un des processus qui impact ces deux manifestations souvent meurtri\u00e8res. N\u00e9anmoins, une roche est un agr\u00e9gat de min\u00e9raux et ne comporte donc plus le fluide responsable de l’\u00e9quilibration entre ces diff\u00e9rents min\u00e9raux.<\/p>\n

L’\u00e9tude de l’\u00e9volution des fluides \u00e0 l’int\u00e9rieur de la Terre n\u00e9cessite donc de comprendre l’\u00e9quilibre entre les min\u00e9raux accessibles \u00e0 l’int\u00e9rieur des roches \u00e9chantillonn\u00e9es \u00e0 la surface de la terre et le fluide au moment de la formation de ceux-ci, souvent plusieurs millions d’ann\u00e9es auparavant.<\/p>\n

Cette th\u00e8se a pour but de comprendre l’\u00e9quilibre entre un min\u00e9ral hydrat\u00e9, c’est-\u00e0-dire avec de l’eau sous forme OH–<\/sup> dans sa structure atomique, et les fluides lors de r\u00e9actions m\u00e9tamorphiques.<\/p>\n

Pour cela je me suis focalis\u00e9 sur l’\u00e9tude de la biotite car ce min\u00e9ral est stable dans de nombreuses conditions et participe \u00e0 beaucoup de r\u00e9actions. N\u00e9anmoins les roches m\u00e9tamorphiques ont une structure particuli\u00e8re qui est la cons\u00e9quence de l’action conjugu\u00e9 de la cristallisation de min\u00e9raux en \u00e9quilibre lors de ces r\u00e9actions et parfois de d\u00e9formations. Il faut donc \u00eatre capable d’analyser les min\u00e9raux dans leur contexte \u00e0 l’int\u00e9rieur des roches \u00e9tudi\u00e9es, pour ce faire de nombreuses m\u00e9thodes in-situ ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9es. La plupart de ces m\u00e9thodes sont entrav\u00e9es par ce que l’on appel des effets de matrice, c’est-\u00e0-dire que la composition du min\u00e9ral analys\u00e9 ne varie pas de mani\u00e8re lin\u00e9aire par rapport aux r\u00e9sultats de mesures, ces r\u00e9sultats peuvent m\u00eame varier en fonction de la composition d’autres \u00e9l\u00e9ments du min\u00e9ral analys\u00e9.<\/p>\n

Cela est particuli\u00e8rement vrai pour la m\u00e9thode principale utilis\u00e9e dans cette th\u00e8se qui est la microsonde ionique (SIMS). Conna\u00eetre la vraie valeur de la variable que l’on souhaite analyser n\u00e9cessite donc d’avoir des mat\u00e9riaux de r\u00e9f\u00e9rence o\u00f9 l’on conna\u00eet cette valeur de mani\u00e8re ind\u00e9pendante. Pour cela j’ai s\u00e9lectionn\u00e9 des \u00e9chantillons de biotites o\u00f9 nous avons acc\u00e8s \u00e0 suffisamment de mat\u00e9riel (i.e. plusieurs centaines de grains voire milliers) pour faire une analyse d’un certains nombres de grains et conna\u00eetre la vraie valeur \u00e0 la fois en isotopes de l’oxyg\u00e8ne et en teneur en chlore, fluor et eau. Les isotopes d’un \u00e9l\u00e9ment sont des atomes avec un nombre diff\u00e9rent de neutrons \u00e0 l’int\u00e9rieur du noyau, cela se traduit par une masse diff\u00e9rente, ici les masses 16 et 18 de l’oxyg\u00e8ne sont analys\u00e9es.<\/p>\n

Lors d’une analyse in-situ en utilisant la SIMS, le rapport isotopique (16<\/sup>O\/18<\/sup>O; directement analys\u00e9 est en r\u00e9alit\u00e9 biais\u00e9 par la composition en fer et magn\u00e9sium et en fluor du grain de biotite analys\u00e9. Il faut donc appliquer une confection pour obtenir la vrai valeur des isotopes de l\u2019oxyg\u00e8ne. Il en va de m\u00eame pour la teneur en eau, m\u00eame si le nombre de variable biaisant les r\u00e9sultats est inf\u00e9rieur (seule la composition en fer et magn\u00e9sium \u00e0 un impact). La teneur en chlore et en fluor est encore plus simple \u00e0 d\u00e9terminer puisqu’elle n’est qu’une fonction polynomiale de second ordre du rapport isotopique mesur\u00e9 \u00e0 la SIMS (respectivement 19<\/sup>F\/28<\/sup>Si et 35<\/sup>Cl\/30<\/sup>Si pour le fluor et le chlore).<\/p>\n

L’utilisation de la m\u00e9thode de d\u00e9termination des teneurs en OH-F-CI avec la SIMS a permis de mieux comprendre la cin\u00e9tique d’\u00e9change entre le fluide et la biotite lors du m\u00e9tamorphisme. En effet en analysant des biotites dans la matrice et en inclusion dans des min\u00e9raux anhydres, suppos\u00e9 gard\u00e9 inchang\u00e9 la composition de la biotite lors de l’exhumation des roches, le fait que les teneurs en OH-F-CI soient les m\u00eame pour ces deux diff\u00e9rents contextes texturaux indique que la biotite maintien sa composition lors de 1’exhumatiorVrefroidissement et que la teneur en OH-F-CI mesur\u00e9e repr\u00e9sente la composition au moment de plus haute temp\u00e9rature, qui nous int\u00e9resse dans le cadre du m\u00e9tamorphisme.<\/p>\n

Le fait que la teneur en fluor et en chlore ne pr\u00e9sente pas d’\u00e9volution li\u00e9 \u00e0 la temp\u00e9rature pour les diff\u00e9rents \u00e9chantillons \u00e9quilibr\u00e9 \u00e0 diff\u00e9rentes temp\u00e9rature implique que le fluor et le chlore n’\u00e9change que tr\u00e8s difficilement lors du m\u00e9tamorphisme. Les teneurs repr\u00e9sentent donc plut\u00f4t l’accessibilit\u00e9 de ces \u00e9l\u00e9ments au moment de la cristallisation de la biotite \u00e0 moyenne temp\u00e9rature (environs 500\u00b0C). Pour changer ces teneurs il est n\u00e9cessaire de recristalliser un grain de biotite lors d’une r\u00e9action m\u00e9tamorphique \u00e0 plus haute temp\u00e9rature, et cela en \u00e9quilibre avec un fluide d’une composition compl\u00e8tement diff\u00e9rente du fluide en \u00e9quilibre avec la premi\u00e8re cristallisation de ce grain de biotite.<\/p>\n

La signification de la teneur en eau de la biotite est un peu plus complexe car elle est en fait un marqueur de la pr\u00e9sence ou non d’un fluide m\u00e9tamorphique aux joins de grains. En r\u00e9sum\u00e9, plus il y a d’eau aux joins de grains plus il y a d’eau qui peut rentrer \u00e0 l’int\u00e9rieur de la structure atomique de la biotite.<\/p>\n

La compr\u00e9hension de l’\u00e9quilibre entre la teneur en chlore dans les biotites et le fluide m\u00e9tamorphique a permis de mettre en \u00e9vidence l’infiltration d’un fluide provenant d’une chambre magmatique aujourd’hui \u00e0 l’affleurement en Patagonie dans le massif du Torres del Paine.<\/p>\n

En effet les teneurs en chlore des biotites loin de l’intrusion sont assez faibles, mais pour quelques \u00e9chantillons proches de l’intrusion elles augmentent de mani\u00e8re significative. Cela est coh\u00e9rent avec les analyses de biotites provenant des roches magmatiques adjacentes qui ont une teneur en chlore tr\u00e8s importante. Le fluide expuls\u00e9 tr\u00e8s t\u00f4t lors de la cristallisation du magma de composition granitique a percol\u00e9 et s’est \u00e9quilibr\u00e9 avec les biotites des roches juste au contact entre le magma encore chaud et les s\u00e9diments en train d’\u00eatre chauffes.<\/p>\n

Cette augmentation de temp\u00e9rature des s\u00e9diments s’accompagne de r\u00e9actions m\u00e9tamorphiques qui cristallisent des biotites \u00e0 moyennes temp\u00e9rature (environs 470\u00b0C) et d’autre min\u00e9raux \u00e0 plus haute temp\u00e9rature (environs 520\u00b0C) lors d’une seconde r\u00e9action. Cette seconde r\u00e9action implique la recristallisation des biotites d\u00e9j\u00e0 pr\u00e9sente suite \u00e0 la premi\u00e8re r\u00e9action, cela permet d’\u00e9changer le chlore du fluide avec ces biotites et donc de modifier la teneur en chlore de ces m\u00eames biotites. Puisque la teneur en chlore n’est pas modifi\u00e9 lors du refroidissement des roches, la teneur mesur\u00e9e aujourd’hui repr\u00e9sente bien la teneur au moment de l’infiltration du fluide magmatique.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Th\u00e8se soutenue par Guillaume Siron, le 12 mai 2017, Institut des sciences de la terre (ISTE) Les grandes forces qui s’exercent \u00e0 l’int\u00e9rieur de la Terre sont responsables de la tectonique des plaques, c’est \u00e0 dire du mouvement de grandes parties de la Terre qui parfois se rencontrent dans ce que l’on appelle des zones […]<\/p>\n","protected":false},"author":47,"featured_media":3358,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","_seopress_titles_title":"","_seopress_titles_desc":"","_seopress_robots_index":"","footnotes":"","_links_to":"","_links_to_target":""},"categories":[49465],"tags":[],"class_list":{"0":"post-2662","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-theses-soutenues"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2662","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/47"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2662"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2662\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/media\/3358"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2662"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2662"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2662"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}