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Géochronologie U-Pb par ablation laser et ICP-MS (LA-ICP-MS): Principes, Complexités & Perspectives Figure 40: Cristal de zircon métamorphique extrait d'une granulite basique (Complexe de Northampton, Australie Occidentale). Cette granulite résulte de la transformation d'un protolithe andésitique sous des conditions métamorphique de haut grade datée à 1079 ± 3 Ma ( Bruguier et al., 1999). Du point de vue de l'incorporation d'éléments en trace au sein de leur réseau, les zircons sont tributaires des phases pré-métamorphiques qui vont se destabiliser (et donc libèrer leurs éléments constitutifs dans le milieu), et des phases néoformées, qui vont cristalliser contemporainement au zircon, et qui vont rentrer en compétition avec ce dernier pour certains éléments spécifiques. Dans les roches métamorphiques de haut grade (roches du faciès amphibolite et granulite), le mécanisme de formation du zircon nécessite la déstabilisation de minéraux riches en Zr, tels que la biotite (Vavra et al., 1996), la hornblende ou le grenat (Fraser et al., 1997), les oxydes de Fe-Ti comme l’ilménite (Bingen et al., 2001), ou encore le zircon lui-même (Pan, 1997). Ce dernier cas peut être envisagé notamment pour des zircons riches en U et dont le réseau cristallin a été endommagé par désintégration radioactive (cf cas de la Figure 33). Ces zones métamictes sont des sources potentielles de Zr, Si, U et Th lorsqu’elles sont soumises à une altération par des fluides riches en éléments halogènes tels que le chlore ou le fluor par exemple. Ce dernier élément chimique est souvent associé à la croissance de zircons hydrothermaux (Rubin et al., 1989; 1993) témoignant ainsi du rôle du fluor dans le transport du Zr et d’autres HFSE. Ce cas mis à part, la possibilité de relier la croissance du zircon à la déstabilisation de phases majeures offre l’opportunité d'établir une relation entre l’âge obtenu et un moment particulier de l’évolution P-T de la roche. Comme noté par Fraser et al. (1997), la déstabilisation de la hornblende en conditions granulitiques pour permettre la cristallisation du pyroxène, se produit dans la phase prograde du métamorphisme et libère du Zr, alors que la destabilisation du grenat, également source potentielle de Zr, est généralement associée à une décompression lors de la phase rétrograde du métamorphisme. Lorsque la croissance du zircon s'effectue à l'équilibre avec le grenat, il présente un spectre de REE typiquement appauvri en HREE (Figure 41). Dans ce cas, l’étude des conditions de croissance du grenat permet de relier l'âge du zircon à un point précis du chemin P-T de l'histoire métamorphique enregistrée par la roche hôte (e.g. Rubatto, 2002). 64
Géochronologie U-Pb par ablation laser et ICP-MS (LA-ICP-MS): Principes, Complexités & Perspectives Figure 41: Spectre de REE d'un zircon issu d'un leucosome granitique (section crustale inférieure de l'arc du Kohistan) montrant l'appauvrissement significatif en HREE dans un cristal formé à l'équilibre avec le grenat, par rapport à des zircons magmatiques (trait rouge pointillé). L'anomalie négative en Eu reflète la croissance du zircon avant ou synchrone de celle du plagioclase. Le spot laser (26 μm) est bien visible sur le cristal de zircon. L'analyse U-Pb, effectuée en même temps que l'analyse des éléments en trace, a fourni un âge de 97.4±1.8 Ma (1) interprété comme celui de l'anatexie crustale sous climat granulitique générant le leucosome. Cet événement est contemporain du métamorphisme granulitique affectant la section crustale inférieure de l'arc du Kohistan (Bosch et al., in prep). Le rapport Th/U des zircons métamorphiques ou des surcroissances métamorphiques est fréquemment faible (i.e Th/U < 0.1 d’après Williams & Claesson, 1987) alors que les zircons d'origine magmatique présentent des rapports Th/U en moyenne plus importants (> 0.2). Cette particularité a souvent été employée pour différencier les zircons d'origine métamorphique de ceux d'origine magmatique, en particulier dans les roches sédimentaires où le minéral est séparé de son contexte de formation originel. Cependant, on peut noter que certains zircons magmatiques présentent des rapports Th/U faibles. C'est le cas notamment des zircons présents dans les leucosomes migmatitiques issus de la fusion partielle d'unités gneissiques. Ces zircons sont automorphes, riches en U et parfois très pauvres en Th, ce qui leur confère des rapports Th/U extrêmement bas (Figure 42). L'origine de ces rapports Th/U très fractionnés reste débattue. Parmi les différentes hypothèses proposées pour expliquer cette particularité, on peut citer la nature des phases minérales qui ont participé à l'épisode de fusion partielle et la composition du liquide, ainsi que la plus grande affinité de l'U pour les fluides par rapport au Th. Une autre hypothèse fait intervenir la cristallisation importante de minéraux accessoires riches en Th (comme la monazite par exemple dont les teneurs en Th sont de l'ordre du %, cf Bea et al., 65
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Chemical Geology 184 (2002) 151-165
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