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La datation par concordia-discordia

Tristan FERROIR — Sat, 25 Jul 2020 08:43:46 +0000

La datation par concordia-discordia est une technique assez utilisée en géoscience car elle permet de dater d’une part la mise en lace d’une roche magmatique mais aussi la réouverture du système isotopique, c’est à dire une modification des conditions à laquelle est soumise cette roche magmatique. La réouverture se faisant la plupart du temps par une augmentation de température, on date alors un événement métamorphique.

L’utilisation de base est simple puisqu’elle ne nécessite pas de calcul mais seulement une lecture graphique et sa compréhension.

Présentation des couples isotopiques

La datation des événements en concordia-discordia se fait grâce à la désintégration des isotopes de l’uranium en plomb.

En effet, l’Uranium 238 se désintègre en Plomb 206 avec une constante de désintégration qu’on appellera λ₂₃₈

et l’Uranium 235 se désintègre en Plomb 207 : avec une constante de désintégration qu’on appellera λ₂₃₅

Ainsi, on peut obtenir les équations des isochrones suivantes en normalisant par 204Pb qui est un isotope stable. Cette équation d’isochrone est en tout point équivalente à celle de l’équation classique du couple Rb/Sr pour l’instant.

Il se trouve que le système est un peu plus simple que cela car, il s’agit d’un système dit “riche”, c’est à dire qu’il n’y a pas de Plomb au départ dans le système. Les équations reviennent donc aux suivantes puisque (²⁰⁶Pb)₀ et (²⁰⁷Pb)₀ valent 0.

Mise en place de la concordia

A partir des équations précédentes, on peut revenir à un système encore plus simple :

Maintenant, ce que nous pouvons faire, c’est pour chaque âge, calculer de façon théorique la valeur du rapport Pb/U pour chaque couple, disons, tout les 100Ma. On obtient alors pour chaque couple isotopique, une valeur, qu’on reporte dans un graphique avec pour abscisse la valeur de 207Pb/235U et pour ordonnée, la valeur de 206Pb/238U. Cette courbe est ce qu’on appelle la concordia : les âges donnés par les deux couples sont concordants.

Ainsi, plus une roche (ses minéraux) vieillit (vieillissent), plus elle se déplace sur la concordia ; c’est ce qu’on voit sur le schéma ci dessous où la roche se déplace jusqu’à avoir 500Ma

Mise en place d’une discordia

Supposons maintenant qu’un événement géologique réouvre le système, souvent du métamorphisme et conduisent à une perte de plomb. On a alors deux cas extrême :

tout le plomb est perdu et l’un des minéral de la roche retourne à (0;0) puisqu’il a tout perdu
aucun plomb n’est perdu et à ce moment là, le minéral reste sur la concordia

En réalité, selon les minéraux, plus ou moins de plomb sont perdus donc les minéraux vont se retrouver sur une droite comprise entre (0;0) et l’endroit ou la roche était arrivée sur la concordia. Il s’agit d’une droite car comme la nature ne fractionne pas les isotopes, les deux isotopes du Pb sont perdus en proportion équivalente au ratio de départ,

On a donc une droite matérialisée par l’ensemble des minéraux qui ont perdu du plomb : c’est la discordia comme présenté ci-dessous. Cette droite s’appelle la discordia car si on datait le minéral avec chacun des couples isotopiques, on trouverait des âges différents donc discordants.

Utilisation de la discordia

Une fois cet événement passé, la désintégration de l’uranium en plomb se poursuit et les minéraux évoluent alors hors de la concordia mais restent alignés sur une discordia. La discordia va donc avoir deux intercepts avec la concordia :

l’intercept supérieur qui correspondrait à un minéral n’ayant perdu aucun isotope, cet intercept donne l’âge de la roche
l’intercept inférieur qui correspondrait à un minéral qui aurait perdu tout son plomb, il se serait alors retrouvé au début de la concordia et aurait alors évolué dessus à nouveau, cet intercept correspond donc à l’âge de réouverture du système donc du métamorphisme

Conclusion

Le principe de la concordia-discordia se fonde sur l’utilisation de deux couples U-Pb et permet de dater la cristallisation d’une roche magmatique mais aussi la réouverture du système isotopique par exemple par du métamorphisme.

Un peu de pub : Participation à un livre pour les BCPST

Tristan FERROIR — Mon, 22 Dec 2014 17:58:30 +0000

Je participe aux ouvrages pour les BCPST chez l’éditeur Ellipses. J’ai relu une partie du livre de Biologie de 1ère année que vous pouvez commander par exemple ici. Vous pouvez même feuilleter une partie du premier chapitre là. J’aime beaucoup ce livre pour la simplicité des illustrations. Elles sont claires, synthétiques et facilement refaisables pour l’élève. Le texte est aussi tout à fait abordable et la mise en page particulièrement efficace

J’ai écrit une partie du livre de Géologie qui ne devrait pas tarder à sortir. J’ai hâte de voir le résultat!

Digestion, oses et infection

Tristan FERROIR — Sat, 04 Oct 2014 11:48:08 +0000

La réponse à une infection inclus la résistance au pathogène ou bien sa tolérance. Une infection est souvent associé à un anorexie temporaire, le malade se nourrit beaucoup moins. Ce mécanisme permet de relocaliser l’énergie provenant des aliments vers une résistance à l’infection mais permet aussi de priver le pathogène de nourriture. Cependant, cela aussi induit un stress sur la communauté microbienne constituant la flore intestinale puisqu’elle récupère, elle aussi, moins de nutriments. Ceci pose un problème à l’organisme puisque sa capacité de digestion s’en voit amoindrie d’une part et cela diminue la taille de la population de la flore intestinale qui protège elle aussi des pathogènes.
Dans un article paru cette semaine dans Nature, Pickard et ses collaborateurs mettent en évidence un mécanisme qui résout ce paradoxe. Lors de l’infection, des substances immunitaires, les inerleukines, sont produites en réaction aux pathogènes. L’équipe de Pickard montre ces interleukines entraînent aussi au niveau de l’épithélium intestinal la fucosylation, c’est à dire l’ajout de groupement fucose, un ose (correspondant à un galactose désoxydé au niveau du carbone 6) à certaines protéines par l’activation d’une fucosyl-transfèrase. Ces protéines sont ensuite exportés dans l’intestin ou le fucose est relâché par les protéines. Ceci a pour conséquence de diminuer l’expression des gènes de virulence des bactéries pathogènes ayant infecté le tube digestif mais permet aussi à la flore intestinale de récupérer des nutriments en utilisant le fucose ainsi produit et exporté par l’hôte. Ainsi, l’hôte se remet plus vite de l’infection et regagne plus rapidement son poids de départ.

Des animaux sauvages aux animaux domestiques, un regard évolutif sur la domestication

Tristan FERROIR — Sat, 13 Sep 2014 09:52:34 +0000

La domestication est un phénomène qui a le plus souvent eu lieu par sélection artificielle mais pas seulement. De plus, certains animaux sont plus facilement domesticables que d’autres.

Cas des animaux de ferme

Dans le cas des animaux de ferme, certains paramètres sont importants et ont faciliter leur domestication.

Cas plus compliqué des animaux de compagnie : le chien et le chat

La sélection artificielle correspond à la sélection de caractères avantageux pour l’homme et c’est par ce mécanisme que de nombreuses espèces domestiques ont évolué. La plupart des espèces domestiques trouve leur origine dans l’un des quelques centres historiques de domestication des animaux de ferme. Deux exceptions existent : les chats (Felis silvestris) et les chiens (Canis lupus).
La domestication du loup a débuté à la fin du mésolitique quand les humains étaient des chasseurs cueilleurs nomades. Ces loups qui avaient moins peurs des humains faisaient les poubelles des camps nomades et, au cours du temps se révélèrent utiles. Au début, il servaient de garde et prévenaient lors de l’approche d’animaux sauvages ou bien d’autres populations nomades. Après, il servirent de chasseurs, un attribut acquis par sélection artificielle.
Les premiers chats domestiques avaient une utilité faible et leur domestication a débuté au début de l’ère agriculutural néolithique au proche orient. La domestication des chats sauvages s’est produite par une auto-sélection dans laquelle le comportement sexuel est corrélée à un choix du partenaire sexuel non aléatoire (assortative mating) couplée à un choix des environnements urbains. Le début de la domestication des chats sauvages d’Eurasie s’est faite, au départ, par une sélection naturelle plutôt qu’artificielle suivi d’une spéciation par isolement reproducteur (spéciation sympatrique)

D’après Driscoll – PNAS – 2009 – From wild animals to domestic pets, an evolutionary view of domestication

Blocage de la polyspermie chez les Mammifères

Tristan FERROIR — Sat, 17 May 2014 10:02:44 +0000

Le blocage de la polyspermie chez les Mammifères fait débat depuis longtemps. Si la réaction corticale est clairement un des moyens, le fait qu’elle se produise « tardivement » après l’entrée du spermatozoïde compte pour blocage mais pas comme blocage précoce. Certains mettent en avant une dépolarisation de la membrane de l’ovocyte mais cette conclusion est loin d’être partagé par l’ensemble de la communauté. Le modèle Souris semble notamment ne pas montrer une telle dépolarisation.

Un article publié par BIanchi et al dans Nature permet de proposer un mécanisme alternatif particulièrement fin :

L’intéraction entre la protéine Izumo située sur la membrane du spermatozoïde après la réaction acrosomique ne se fait pas avec CD9 comme penser précédemment. On pensait que cette intéraction permettait la fusion entre les membranes du spermatozoïde et la membrane de l’ovocyte (oolemme). En fait, Izumo n’intéragit pas avec CD9 mais avec une autre protéine que les chercheurs ont nommé Juno (la déesse romaine du mariage). Cette intéraction est absolument nécessaire : un ovocyte sans protéine Juno est infécondable. C’est la partie a du schéma

Là où c’est encore plus fort c’est qu’après la fécondation de l’ovocyte par un spermatozoïde, la protéine Juno est expulsée de la membrane dans des vésicules (schéma b). En conséquence, l’absence de la protéine Juno sur la membrane rend donc l’ovocyte infécondable. Voilà le blocage rapide de la polyspermie chez les Mammifères tant recherché sans qu’il y ait intervention d’une dépolarisation de l’ovocyte!

Les organismes paranaturels avec un ADN à 6 bases azotées

Tristan FERROIR — Sat, 10 May 2014 10:13:19 +0000

L’équipe dirigée par Floyd Romesberg (Scripps Research Institute, La Jolla, Californie) est parvenue à intégrer dans le génome d’une bactérie, Escherichia coli, une nouvelle paire de bases nucléiques, d5SICS et dNaM, dont la présence a été tolérée par la machinerie de réplication du micro-organisme : cette paire de bases non naturelles se retrouvait dans 99,4 % des descendants de la bactérie. Ces bases inédites ne figuraient pas dans les chromosomes de la cellule, mais dans un plasmide.
Les travaux ont d’abord consisté à modifier la bactérie E. coli afin qu’elle incorpore dans son enveloppe externe des protéines de transfert qui permettaient le passage depuis le milieu de culture des nouveaux nucléotides triphosphates particuliers, précurseurs des deux bases d5SICS et dNaM. Il a fallu greffer à la bactérie des porines provenant d’une algue permettant cette entrée. Cette première opération avait pour but de permettre ‘incorporation dans la bactérie des nucléotides triphosphates nouveaux, nécessaires à la réplication du plasmide où la nouvelle paire de base avait préalablement été intégrée.
La réplication des plasmides est réalisée par les polymérases qui ont aussi une activité correctrice de type exonucléasiques. Cette activité de contrôle aurait donc pu être un problème. In vitro, il avait été démontré qu’une polymérase particulière pouvait répliquer efficacement la paire d5SICS-dNaM. Les chercheurs ont donc placé la nouvelle paire de base dans une région du plasmide dont ils présupposaient qu’elle était sous le contrôle de cette polymérase.

Les chercheurs ont pu obtenir jusqu’à dix générations de bactéries possédant encore ces bases exotiques dans leur ADN.

Ainsi, avec un code génétique à 6 bases azotées, on peut envisager non plus l’utilisation des seuls 20 acides aminés traditionnels de la biologie mais aussi des acides aminés des chimistes dont le nombre dépassent 300.

Immunofluorescence des organites de la cellule eucaryote

Tristan FERROIR — Fri, 25 Oct 2013 16:24:55 +0000

J’ai trouvé cette image qui me semble pas mal du tout pour « voir » les organites, donc je la poste.

Les différents organites de la cellule eucaryote vus par immunofluorescence

Geosciences 3D – Un projet d’animations et de logiciels de Sciences de la Terre

Tristan FERROIR — Fri, 05 Jul 2013 09:25:38 +0000

J’ai fait partie d’un partie d’un petit groupe qui a commencé à monter sous la direction de Nicolas Coltice et la réalisation de Frédéric Urien et Tom Rivière (Université de Lyon) des vidéos explicatives et des logiciels utilisables en classe. Je n’ai participé qu’à deux d’entre eux mais la collection de ce groupe s’étoffe très rapidement. Les utilisations sont multiples et peuvent être faits à différents niveaux d’enseignements. Ce projet s’appelle Geosciences 3D.

Mouvements d’une plaque rigide sur la surface de la terre
Cette vidéo présente le théorème d’Euler qui est au centre de la théorie de la tectonique des plaques. En effet, le théorème d’Euler permet de décrire la vitesse en tout point d’une plaque rigide en mouvement sur une sphère.
La 3D permet ici d’illustrer de manière efficace, contrairement à des projections 2D, ce théorème de géométrie sphérique qui a joué un rôle crucial dans l’établissement d’une théorie fondamentale les géosciences modernes.
Tectonique des plaques
Cette vidéo représente le mouvement relatif de 3 plaques à la surface d’une sphère. L’usage de la 3D présente comment le mouvement d’une plaque rigide correspond à une rotation en bloc. Les failles transformantes se situent sur des lieux géométriques liés à cette rotation. Sur une sphère, la vitesse varie à l’intérieur des plaques rigides sans que celles-ci ne se déforment. Ainsi, cet exemple simple montre les principales caractéristiques de la théorie de la tectonique des plaques.
Les ondes sismiques
Cette application 3D interactive permet de visualiser le déplacement du sol lors du passage des ondes sismiques de volume P et S (horizontale et verticale), et des ondes de surface Rayleigh et Love.
Le déplacement est modélisé sur un bloc 3D que l’on peut positionner à une distance choisie d’un séisme proche de la surface. L’enregistrement du déplacement par un sismomètre virtuel permet de mettre en évidence les différences de vitesse entre ces ondes sismiques.
Mécanismes au foyer
Cette application permet de relier la propagation des ondes sismiques après un séisme et l’enregistrement sismologique au mouvement de la faille active. L’utilisateur peut placer des sismomètres comme il le souhaite sur le terrain et observer le premier mouvement des ondes P après déclenchement du séisme. Il peut également orienter la faille et changer son sens (dextre ou senestre)
De l’atome à la roche
Cette vidéo montre comment est composée une roche, dans ce cas une péridotite qui est la roche caractéristique du manteau supérieur. Il s’agit ici de montrer la structure 3D d’une roche à différentes échelles : celle de l’atome, celle du minéral et celle de la roche.
La 3D permet ici de présenter clairement l’arrangement des atomes formant un cristal et la structure de minéraux importants du manteau: l’olivine et les pyroxènes.
Propagation des ondes sismiques
Lorsqu’un séisme se produit, des ondes se propagent à l’intérieur et le long de la surface de la Terre. Les sismomètres enregistrent un peu partout sur le globe ces signaux complexes et variés. Cette application permet de visualiser la différence de propagation et d’enregistrement entre les ondes de volume (ondes P et ondes S) et les ondes de surface (ondes de Rayleigh et ondes de Love), dans un cas très simplifié : une Terre homogène, qui n’aurait donc pas de noyau. Seules les ondes directes sont montrées.
Placer votre séisme, placez vos sismomètres, et suivez la propagation et l’enregistrement des ondes. Ce qu’est un hodochrone n’aura plus de secret.
Mouvements des plaques tectoniques
Cette application 3D interactive permet positionner à la surface d’une sphère des plaques tectoniques simplifiées de différentes tailles, et de choisir le pôle d’Euler et la vitesse angulaire permettant de décrire leur mouvement. Les vitesses en surfaces varient en fonction de la position du pôle et de l’intensité de la rotation. La cinématique de surface produite décrit une tectonique des plaques virtuelle et peut être ensuite projetée sur une carte.
Déformation cassante des roches
Cette vidéo présente le mécanisme de la déformation cassante. La déformation est observée à l’échelle atomique, celle du minéral et celle de la roche.
L’objectif est ici de montrer comment s’opère le mécanisme de déformation, qui génère les failles et les tremblements de Terre. Dans le cas présenté d’une contrainte uniaxiale, la géométrie de la faille et d’une fracture est présentée.
Déformation ductile des roches
Cette vidéo présente un mécanisme de déformation ductile, ici par diffusion des lacunes dans les cristaux.
Il existe d’autres mécanismes de déformation ductile (dislocation par exemple), mais les principes restent proches : la déformation ductile produit des zones de cisaillement avec une déformation continue, contrairement aux failles. Le mécanisme est présenté à l’échelle atomique, du minéral et de la roche.
La dérive des continents
Cette application 3D interactive permet de se mettre dans la peau d’Alfred Wegener, qui a proposé la dérive des continents en 1912. Il s’agit ici de reconstituer la position des continents lorsqu’ils formaient la Pangée il y a plus de 200 Ma, en utilisant les données topographiques, paléoclimatiques, géologiques et paléontologiques.
Grâce à la 3D temps réel, il est très facile de manipuler les continents et de les positionner sur le globe pour reformer la Pangée.

Planche de reconnaissance des minéraux au microscope

Tristan FERROIR — Wed, 01 May 2013 07:41:22 +0000

Il y a quelques temps, j’avais réalisé cette clé dichotomique permettant de reconnaître « facilement » les minéraux au microscope et qui s’était perdu dans les méandres du site. Celle-ci fonctionne essentiellement pour les minéraux les plus importants mais il n’y a pas de photographies.

J’essayerai de faire une version 2 avec des photos.

La version PDF est disponible aussi pour l’impression.

Nouvelles corrections de colles pour BCPST disponibles sur la page colles

Tristan FERROIR — Tue, 05 Mar 2013 17:00:26 +0000

Vous les retrouverez ici. J’ai surligné en jaune les nouvelles. Cela devrait s’étoffer au fur et à mesure de l’année. … Lire la suite →