Gaz rares et Géo-chronologie Ar/Ar

La mesure du temps est primordiale en Sciences de la Terre afin de quantifier les processus géologiques à l’origine de notre planète actuelle (e.g., âge des crises volcaniques, taux d’exhumation des chaînes de montagnes, vitesse de convergence des plaques tectoniques, âge absolu des stratotypes paléontologiques, etc.). La plateforme « Gaz rares et Géochronologie Ar/Ar » de l’ISTO est destinée à fournir des contraintes temporelles à haute résolution sur ces phénomènes en s’appuyant sur le chronomètre K-Ar dont la gamme d’application s’étend de quelques milliers d’années (volcanisme holocène, < 10 ka) à l’âge de la Terre (4.5 milliards d’années: socles précambriens, météorites). La plateforme incorpore les derniers avancements technologiques permettant la mesure des isotopes de l’argon à l’échelle du monocristal par l’utilisation de lasers continus et pulsés capables de décrypter la distribution spatiale intracristalline des isotopes par analyse thermique différentielle (« step-heating ») et in situ (ablation ponctuelle à haute résolution spatiale, < 50 µm).

Le laboratoire Ar-Ar développe une double approche appliquée et expérimentale. La première s’appuie sur la datation d’échantillons naturels (minéraux métamorphiques, volcaniques et magmatiques) afin de contraindre la chronologie des processus géologiques présidant à leur formation et leur évolution au cours du temps (âge des éruptions, cristallisation, déformation subsolidus, refroidissement crustal, etc.). Les cibles étudiées recouvrent la gamme complète des phénomènes géologiques endogènes et superficiels (volcanisme actif, magmatisme, métamorphisme des orogènes actuels et anciens, archives sédimentaires).

L’axe expérimental est destiné à contraindre les paramètres physiques (diffusion, structure cristalline, recristallisation) contrôlant la cinétique de l’Ar et le comportement en système clos ou ouvert du chronomètre Ar-Ar dans les milieux naturels. Cette approche s’appuie sur l’expertise spécifique à l’ISTO dans le domaine de la pétrologie expérimentale (autoclaves à Pression-Température-fluides contrôlés) de façon à quantifier précisément les températures de blocage des chronomètres Ar-Ar en vue de leur utilisation numérique en thermochronologie (reconstitution des chemins température-temps des unités crustales exhumées).

En parallèle, le laboratoire Ar-Ar développe des outils de traçage géochimique à travers la mesure in situ (ablation laser) et en phase gazeuse (« step-heating », « in vacuo crushing ») des halogènes impliqués dans les transferts hydrothermaux, magmatiques et volcaniques à travers la mesure du fluor, chlore, brome et iode via leurs dérivés (Ne, Ar, Kr, Xe) activés par irradiation sous neutrons. Cette approche est spécifiquement développée à l’ISTO en vue d’appuyer l’étude des mécanismes et bilans de transfert des fluides dans la croûte (prismes d’accrétion, aquifères métamorphiques), ainsi que de permettre la quantification expérimentale de la capacité de piégeage, transfert et dégazage des magmas en éléments volatils à fort impact environnemental.