Géologie –

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.

Histoire geologique de la Téthys, de la Mesogée et de la Méditerranée

Tristan FERROIR — Mon, 20 May 2013 17:00:57 +0000

Voici un petit montage des différentes étapes ayant conduit à l’évolution de la Téthys, l’ouverture puis la mise en place de la Mésogée et enfin la formation de la Méditerranée telle que connue actuellement.

Cette histoire est très complexe et met en jeu de nombreuses subductions ainsi que des retraits de panneaux plongeants conduisant à des extensions en arrière des différentes zones de subduction. De même la notion de plaques tectoniques est parfois assez floue.

Cette animation donne les grandes étapes ainsi qu’une reconstitution de la paléogéographie de l’époque. Étant donné que les représentations sont schématiques, il y a des imprécisions parfois dans la localisation des phénomènes de même que dans les dates. Cependant, cela donne une idée globale de ce qui s’y passe.

Si vous repérez des erreurs, n’hésitez pas à m’en faire part!

Origine, nature et répartition de l’eau dans le système solaire

Tristan FERROIR — Sat, 18 Feb 2012 10:06:40 +0000

L’eau et les molécules dans l’Univers

Les 3 éléments chimiques les plus abondants dans l’Univers sont dans l’ordre H, He et O. He étant inerte, il n’est pas étonnant que les deux atomes les plus abondants H et O se combinent soit en H2 soit en H2O, ce que confirment toutes les observations astronomiques. Les atomes réactifs et abondants suivent l’eau et forment de nouveaux composés comme CH4, NH3, HCN, SiO4Mg (olivine), SiO3Mg(pyroxène), Fe.

L’eau dans les nébuleuses

Les nébuleuses sont des nuages de gaz et de poussières où la pression est partout très faible mais où règne un gradient de température et de pression : chaud et faible pression au centre, froid et pression extrêmement faible à la périphérie.

Température au sein de la nébuleuse protosolaire en formation.

Au centre de la nébuleuse ne sont solides que les molécules réfractaires (silicates, fer). Ces molécules s’agrègent en poussières. Vers la périphérie, elles peuvent s’hydrater (olivine → serpentine). Encore plus loin, ces poussières silicatées et oxydées se recouvrent de glaces d’eau puis là où il fait assez froid de glaces de NH3, CH4…

L’eau dans le système solaire interne.

L’eau initiale

Le système solaire interne a été formé par l’accrétion des poussières présentes dans les régions centrales de la nébuleuse présolaire et est donc constitué majoritairement de silicates, de fer et l’eau y est minoritaire. Cette eau peut provenir :

de l’eau contenue dans les poussières initiales. Une fois accrétées en planètes, cette eau a été dégazée du manteau.
De l’eau apportée après la formation de la planète par les corps bombardant le système solaire interne.

Cette deuxième hypothèse est fortement privilégiée et l’eau proviendrait essentiellement de chondrites riches en eau accrétées à la fin de la formation de la Terre, juste après la formation de la Lune.

Le devenir de l’eau

Diagramme de phase de l'eau et conditions de pression et de température sur les planètes telluriques (Mercure, Vénus, Terre et Mars)

La Lune et Mercure

Sur ces deux corps, la température élevée et la faible gravité communiquent une forte vitesse aux molécules d’eau qui se sont donc échappées de la planète. De la glace d’eau a pu être détectée dans des cratères qui ne sont jamais éclairés par le Soleil. En 2009, la mission LRO envoyée sur la Lune a permis d’observer des zones de minéraux hydratés qui pourraient suggèrer un léger niveau d’eau sous-jacent.

La Terre

L’eau existe sous ses 3 états à la surface grâce à une température et une pression modérée et une gravité ayant permis à l’eau de rester sur Terre. A côté de l’eau superficielle, l’eau mantellique représente une masse équivalent aux océans. Le volcanisme dégaze et déshydrate le manteau en permanence. Celui-ci est réhydraté via la subduction.

Mars

Quelques rappels ici de ce qui a été dans le poster documentaire sur Mars : il existe des calottes permanentes de glaces d’eau et les images montrent que Mars a eu un réseau fluviatile avant 3.5 Ga. On peut aussi ajouter que de l’eau à l’état liquide doit exister dans le sous-sol martien sans doute vers 5-10km de profondeur. Si l’eau liquide a disparu de la surface, c’est que l’effet de serre et donc la température et la pression de Mars ont diminué. En effet, comme pour La Lune et Mercure, l’atmosphère de Mars fuit progressivement à cause de sa faible gravité et diminue donc l’effet de serre. Cette fuite concerne aussi les molécules d’eau.

Vénus

La gravité de Vénus étant suffisante, on devrait retrouver de l’eau à l’état de vapeur étant donné la température de surface. Pourtant, on en retrouve que quelques dizaines de ppm. On pense que la vapeur de H2O atmosphérique soumise aux U.V. solaire a été photolysée en H2 et O2. Le H2 a fui de l’atmosphère vénusienne. On suppose que le O2 a oxydé la surface de Vénus puisqu’il « suffit » d’oxyder l’intégralité du Fe2+ des silicates en Fe3+ sur quelques dizaines de kilomètres d’épaisseur pour absorber tout l’O2 théorique de Vénus.
L’eau dans le système solaire externe.

Les TNOs et les satellites de glaces

Le système solaire externe où la température en plein jour ne dépasse pas -150°C résulte de l’accrétion de poussières condensées en périphérie de la nébuleuse présolaire théoriquement très riche en eau. Certains corps ont une faible masse volumique, comprise en 1 et 2 g/cm3, et montrent des spectres superficiels indiquant la présence majoritaire de glaces : les TNOs et les satellites de glace. Ces corps sont donc compatibles avec une composition >50% de glace le reste étant de chimie chondritique. Certains sont même différenciés et peuvent donc avoir de l’eau à l’état liquide en leur sein.

Les Planètes géantes

En surface, les 4 planètes géantes ne sont constituées que de H et He. Cependant, leur masse volumique (de 0,7 à 1,7 g/cm3) ainsi que leur moment d’inertie montrent que leur intérieur est constitué d’un noyau plus dense qui n’est pas fait de H ou He comprimé. A l’origine, les planètes géantes n’étaient pas différentes des autres corps de la région c’est à dire des corps faits de glaces et de silicates. Etant assez massifs, leur gravité a été suffisante pour attirer très tôt les gaz H et He et les retenir même après l’allumage du Soleil qui a chassé les autres gaz à cause du vent solaire.

Io et Europe

La densité des moyennes de ces deux corps montrent qu’ils sont globalement chondritique avec une faible couche d’eau pour Europe. Leur différence avec les autres satellites de cette région provient de leur proximité à Jupiter qui, via des phénomènes de marées, échauffent suffisamment ces corps pour vaporiser la totalité de l’eau et la laisser fuir pour Io qui est le plus proche et une partie seulement pour Europe.

Vidéo montrant une augmentation des températures de 1880 à 2011

Tristan FERROIR — Fri, 27 Jan 2012 09:44:33 +0000

La NASA publie aujourd’hui une animation basée sur la compilation de données disponibles sur le dernier siècle à partir des différentes stations météorologiques éparpillées à la surface du globe, des observations faites par satellites et des mesures effectuées au niveau de la station météorologique antarctique de la NASA.
Outre le réchauffement généralisé surtout en accélération depuis les années 70, on y voit aussi nettement les phénomènes climatiques oscillants tels que le phénomène El Nino/La Nina (ENSO) et l’Oscillation Nord Atlantique (NAO).

Une nouvelle île apparait en Mer Rouge : une manifestation volcanique de la tectonique en divergence des plaques lithosphériques

Tristan FERROIR — Fri, 30 Dec 2011 18:03:48 +0000

La naissance de la nouvelle île

Une éruption a eu lieu dans la Mer Rouge en Décembre 2011. Des pêcheurs auraient vu des fontaines de lave allant jusqu’à 30m de hauteur le 19 décembre. des détections satellites ont observé des panaches le 20 et 22 décembre. Le satellite Aura de la NASA a pu détecter une quantité élevée de dioxyde de soufre indiquant une éruption.

Le 23 décembre, une nouvelle île était apparue. Les images satellites permettent de voir en plus un panache de fumée qui serait un mélange entre des cendres volcaniques et de la vapeur d’eau.

Cette activité volcanique est la conséquence de la divergence entre la plaque Arabique et la plaque Africaine. La Mer Rouge correspond au prolongement de la ride ouest indienne. Celle-ci entraîne la séparation entre le continent africain et l’Arabie.

La séparation entre ces deux plaques tectoniques va faire remontée le manteau qui va alors pouvoir fondre partiellement et donner du magma qui peut alors se retrouver en surface.

Comparaison avec une autre île volcanique située au milieu d’un océan : l’Islande

Comme proposé en commentaire, il peut être interessant de comparer cette situation à celle de l’Islande. En effet, l’Islande est aussi une île située en plein milieu de l’océan, ce qui pourrait être le cas de cette nouvelle île lorsque l’océanisation de la Mer Rouge sera complète. Le point important sur l’Islande est que celle-ci se situe d’une part sur une dorsale océanique mais d’autre part aussi à l’aplomb d’un point chaud, c’est à dire de matériel plus chaud que le manteau environnant et qui remonte des profonderus de la Terre (contrairement aux dorsales dont le matériel ne vient pas de plus de 200-300 km de profondeur contre 600 à 2900 km pour les points chaud selon les auteurs). Ainsi, l’Islande profite d’un double phénomène : la fusion partielle des roches due à la présence de la dorsale et celle due à la présence du point chaud.

Il est alors légitime de se poser la question quant à cette nouvelle île. Pour ceci, on fait appel à la tomographie sismique qui permettra d’imager des différences de vitesses entre les ondes sismiques mesurées et un modèle de référence selon la profondeur. On obtient donc une coupe de la Terre le long d’un profil.Si ces ondes vont plus vite, on interprétera cette anomalie de vitesse positive comme un matériel plus froid qu’on figurera en bleu. Si ces ondes sont ralenties, on l’interprétera comme un matériel plus chaud qui sera mis en évidence en rouge sur l’image de tomographie.

Si on compare la tomographie de l’Islande à gauche à la mer rouge à droite, on observe bien le point chaud au niveau de l’Islande. Par contre, au niveau de la mer Rouge, si on observe bien une remontée, les données sismiques ne permettent pas de trancher puisque les tomographies s’arretent vers 400km de profondeur. Cependant, selon les auteurs, il pourrait y avoir une sorte de super panache au dessous de la Mer Rouge c’est à dire une remontée de l’ensemble du manteau inférieur duquel partirait de plus petits panaches.

Les faciès métamorphiques d’Eskola et l’utilisation d’une grille pétrogénétique

Tristan FERROIR — Thu, 29 Dec 2011 15:43:19 +0000

Les roches sont constituées de plusieurs minéraux qui vont réagir différemment aux variations de pression et de température. Certains minéraux sont stables dans des conditions de pression et de température plus ou moins larges. Ainsi, une roche métamorphique peut être caractérisée par une association de minéraux tous stables dans les mêmes conditions p-T : c’est ce qu’on appelle la paragenèse. Ces minéraux ont cristallisé dans des conditions de pression et de température voisines. L’espace p-T existant sur Terre peut être découpé en sous ensembles plus petits appelés faciès métamorphiques qui ont été défini par Eskola à partir des roches basiques.
Il existe 4 grands types de chimie pour les faciès métamorphiques (roches de la séquence basique, roches dérivées de la séquence pélitique [~argileuses] ainsi que les séquences quartzo-feldspathiques et carbonatées mais qui ne sont que peu modifiées lors du métamorphisme). Les minéraux des paragénèses vont donc être distincts car la chimie de base est différente mais les faciès métamorphiques sont les mêmes puisque correspondant à des conditions p-T identiques.

Pour connaitre les conditions de pression et de température auxquelles ont été soumises ces roches, on utilise une grille pétrogénétique qui représente le positionnement des faciès métamorphiques dans l’espace pression température.

Afin de positionner ces roches dans cette grille p-T, on identifie les minéraux et grâce au tableau suivant, on peut déterminer le faciès dans lequel se trouve la roche qui a été métamorphisée. J’ai représenté quelques droites de réaction habituelles.

Faciès métamorphique	Métabasites	Métapélites
Faciès des zéolites	Légères recristallisations laumonite, analcime, heulandite, wairakite	argiles interstratifiées
Faciès à prehnite et actinote	prehnite, pumpellyite ± chlorite, albite, epidote	illite/muscovite, chlorite, albite, quartz
Faciès des cornéennes à hornblende	hornblende, plagioclase ± diopside	biotite, muscovite, cordierite ± chloritebiotite, muscovite, andalousite muscovite, andalousite, cordierite
Faciès des cornéennes à pyroxènes	clinopyroxène, orthopyroxène, plagioclase ± olivine, hornblende	cordiérite, andalousite, feldspath potassique
Faciès à lawsonite et à chlorite	lawsonite, albite, chlorite
Faciès à pumpellyite et actinote	pumpellyite, actinote
Faciès des schistes verts	albite, épidote, chlorite, actinote	chlorite, muscovite, albite (± biotite, paragonite, chloritoïde)
Faciès des amphibolites	hornblende, plagioclase ± grenat	cordiérite/grenat, sillicate d’alumine, biotite ± muscovite, feldspath potassique
Faciès des granulites	Basse pression : orthopyroxène + plagioclase Haute pression : grenat, clinopyroxène, quartz	Basse Pression : cordiérite, sillimanite, feldspath potassique Moyenne Pression : grenat, sillimanite, feldspath potassique Haute pression : grenat, disthène, feldspath potassique
Faciès des schistes bleus	glaucophane, lawsonite glaucophane, épidote, paragonite, quartz	phengite (micas blanc), disthène, chloritoide, talc, quartz ± grenat
Faciès des éclogites	omphacite/jadeite, grenat	talc, disthène, grenat, coésite

Voilà, maintenant vous pouvez facilement placer une roche dans la grille pétrogénétique.

Si vous souhaitez que je modifie la grille en rajoutant des réactions par exemple, où s’il y a des erreurs, comme, toujours, un commentaire sera le bienvenu!

Faciès métamorphiques

Métabasites

Métapélites

Faciès des zéolites

Légères recristallisations

laumonite, analcime, heulandite, wairakite

argiles interstratifiées

Faciès à prehnite et actinote

albite, prehnite, actinote chlorite

Faciès à prehnite et pumpellyite

prehnite, pumpellyite ± chlorite, albite, epidote

illite/muscovite, chlorite, albite, quartz

Faciès des cornéennes à hornblende

hornblende, plagioclase ± diopside

biotite, muscovite, cordierite ± chloritebiotite, muscovite, andalousitemuscovite, andalousite, cordierite

Faciès des cornéennes à pyroxènes

clinopyroxène, orthopyroxène, plagioclase ± olivine, hornblende

cordiéerite, andalousite, feldspath potassique

Faciès à lawsonite et à chlorite

lawsonite, albite, chlorite

Faciès à pumpellyite et actinote

pumpellyite, actinote

Faciès des schistes verts

albite, épidote, chlorite, actinote

chlorite, muscovite, albite (± biotite, paragonite, chloritoïde)

Faciès des amphibolites

hornblende, plagioclase ± grenat

cordiérite/grenat, sillicate d’alumine, biotite ± muscovite, feldspath potassique

Faciès des granulites

Basse pression : orthopyroxène + plagioclase

Haute pression : grenat, clinopyroxène, quartz

Basse Pression : cordiérite, sillimanite, feldspath potassique

Moyenne Pression : grenat, sillimanite, feldspath potassique

Haute pression : grenat, disthène, feldspath potassique

Faciès des schistes bleus

glaucophane, lawsonite

glaucophane, épidote, paragonite, quartz

phengite (micas blanc), disthène, chloritoide, talc, quartz ± grenat

Faciès des éclogites

omphacite, grenat

talc, disthène, grenat, coésite

Poster résumant l’ensemble des missions spatiales vers les différents objets du système solaire

Tristan FERROIR — Sun, 27 Nov 2011 09:57:12 +0000

Les dernières années ont été riches en missions spatiales atteignant leurs objectifs ou sur le point d’être lancé. On peut notamment citer Stardust (à laquelle j’ai eu la chance de participer, d’ailleurs, il faut que j’écrive une page dessus pour le site) vers la comète Wild 2, Dawn en route vers Vesta ou encore Curiosity qui vient de partir vers Mars. Ainsi, je vous propose ce poster synthétique qui résume le nombre de mission vers différentes planètes ou objet du système solaire soit l’histoire de l’exploration spatiale ces 50 dernières années.

Poster documentaire sur la planète Mars

Tristan FERROIR — Sun, 20 Nov 2011 11:39:20 +0000

Alors que le robot Curiosity va être lancé sur Mars, que sait-on de cette « soeur » de la Terre?Voilà une planche de synthèse tirée d’un cours pour les agrégatifs. J’en ferai un pour chaque planète plus d’autres sur quelques généralités dans le système solaire. Cliquer sur l’image pour l’obtenir en pleine résolution (4000 px de large)

Schéma de synthèse récapitulatif des grandes étapes de formation de la Terre du Big Bang à la formation des enveloppes terrestres

Tristan FERROIR — Sun, 16 Oct 2011 14:25:10 +0000

Voici un nouveau poster pédagogique avec une frise chronologique permettant de visualiser les grandes étapes de la formation de la Terre et de sa différenciation. J’y inclue aussi quelques données sur les météorites et sur l’évolution du Soleil.

Localisation des grandes réserves de minerais à la surface de la Terre

Tristan FERROIR — Sat, 17 Sep 2011 10:11:20 +0000

La répartition des différents minerais d’intérêt économiques et scientifiques n’est pas aléatoire à la surface de la Terre. Les réserves sont essentiellement localisées au niveau des chaines de montagne mais aussi au niveau de ce qu’on appelle les intrusions basiques litées. Voici une carte qui présente la localisation de ces différentes réserves mondiales.