La monazite hydrothermale: l’accessoire indispensable – Mona

La réalisation du projet nécessitera une approche pluridisciplinaire combinant minéralogie, pétrologie expérimentale, géochronologie et géologie structurale. Pour la partie expérimentale (ISTerre, Grenoble), nous envisageons des expériences hydrothermales dans des autoclaves à joint froid, afin d’évaluer le fractionnement des éléments traces entre la monazite et le fluide, en fonction des conditions de température, de fugacité d’oxygène et de spéciation du fluide. Pour l’étude des veines alpines, nous disposons déjà de larges cristaux de monazite prélevés dans différents massifs alpins. De nouvelles missions d’échantillonnage sont prévues dans le cadre de ce sujet. La caractérisation des fluides et minéraux (produits expérimentaux et échantillons naturels) nécessitera un accès privilégié à des techniques analytiques de pointe, incluant DRX, EMP, MEB, MET, FIB, LA-ICP-MS, SIMS et l’analyse d’inclusions fluides (GET, Toulouse). La datation haute résolution Th-Pb des monazites alpines sera obtenue en utilisant le LA-ICP-MS (Laboratoire Magmas-Volcans, Clermont-Ferrand).

Depuis le commencement de ce projet au 01/11/2013, les objectifs de la première année ont été achevés :
- un doctorant, Alexis Grand’Homme, a été recruté dès le début du projet (01/11/2013)
- une mission de terrain (2 jours) a été organisée pour la collection de minéraux (monazite hydrothermale) dans les alpes (région de la Lauzière, Savoie, France) en collaboration avec des collègues français (A.-M. Boullier, R. de Ascencao Guedes) et internationaux (E. Gnos) impliqués dans l’ANR
- Les échantillons collectés ainsi que d’autres cristaux obtenus par le biais de collectionneurs (contact par R. de Ascencao Guedes , éditeur du Règne Minéral) ont été analysés par LA-ICP-MS (Clermont Ferrand, LMV, coll. With V. Bosse). Les résultats élémentaires (éléments de terres rares, U, Th) et isotopiques (U-Th-Pb) ont permis de dater plusieurs épisodes de cristallisation liés à des phases de déformation majeures. Les résultats montrent un diachronisme d’est en ouest en accord avec la position tectonique des différentes unités échantillonnées.
- Sur les 40 expériences hydrothermales anticipées pour la totalité du projet, 12 ont déjà été réalisées entre les laboratoires d’ISTerre (Grenoble, Coll. With F. Brunet) et du GET (Toulouse, Coll. With A.-M. Seydoux-Guillaume and D. Guillaume). Les produits expérimentaux (fluide et solide) ont été analysés par des méthodes de caractérisation complémentaires (MEB, microsonde électronique, LA-ICP-MS ; coll. With T. Pettke). Ces essais ont permis de valider un protocole expérimental pour les expériences à venir. Actuellement, 4 expériences hydrothermales supplémentaires sont en cours.

- En utilisant le protocole expérimental développé au cours de cette première année, il apparaît possible maintenant de caractériser la solubilité de la monazite et les fractionnements élémentaires en fonction de la T, du ligand, et des conditions redox. Pour cela, des expériences de longues durées sont actuellement en cours à 300, 400, 500 et 600 °C
- Particulièrement, un protocole a été mis au point pour calibrer la distribution de l’18O entre monazite et quartz. Cette calibration devrait être établie grâce à des mesures in-situ par microsonde ionique.
- Un des enjeux des observations sur échantillons naturels est de pouvoir corréler âges, température, et déformation. Des mesures isotopiques élémentaires et isotopiques sont actuellement envisagées pour tenter de reconstruire les conditions thermiques qui prévalaient lors de la croissance cristalline des monazites hydrothermales. Ces données devraient permettre la comparaison des U-Th-Pb âges monazites avec les études thermochronologiques obtenues par trace de fission dans la région.
- Du point de vue des datations, des collaborations sont actuellement en cours pour intégrer les données obtenues aux modèles géodynamiques.

1) Roger De ASCENÇÃO GUEDES, Nicolas MEISSER, Emilie JANOTS, Alexis GRAND'HOMME, Philippe de PARSEVAL et Lilian SCHAUB; Thorite, dessauite-(Y), hingganite-(Y) et monazite-(Ce) au Mont-Cenis, Lanslebourg, Savoie ; Le règne minéral, Juillet-aout 2013.
2) A. Berger, E. Gnos, E. Janots, «Dating brittle tectonic movements with cleft monazite: Fluid-rock interaction and formation of REE-minerals« for publication in Tectonics.
3) A. Grand'Homme. Poster à l'atelier forstérite sur les systèmes chronométriques et leurs perturbations: applications aux Sciences de la Terre. Bonascre - Ax-les-Thermes, 1-4 octobre 2013

La datation de minéralisation hydrothermale est délicate car la plupart des chronomètres sont perturbés en système ouvert. Bien que la monazite soit rare dans les gisements hydrothermaux, celle-ci est très attractive pour la datation des minéralisations car son système isotopique (U-Th-Pb) est extrêmement robuste et retient l’âge de précipitation. Lors de succession de fluides, la monazite (re)cristallise sporadiquement. Il en résulte des zonations chimiques à l’intérieur des cristaux de monazite, qui expriment des variations en éléments traces (REE+Y, Th, U and Pb). En utilisant les techniques de haute résolution in-situ (taille du faisceau < 5µm), il est possible de dater ces différents domaines et d’obtenir des âges pour les stades successifs de minéralisation. Dans des cristaux de monazites de fours alpins (Alpes Centrales), des datations préliminaires effectuées avec la SIMS ont donné des résultats exceptionnels. Les résultats obtenus montrent que les monazites Miocène peuvent être datées avec une précision de 0.2 Ma. A l’intérieur d’un seul cristal, il est possible de distinguer des domaines dont la croissance est séparée par ~ 1Ma. De plus, les monazites hydrothermales étudiées montrent des fractionnements extrêmes en éléments traces (Th/U pouvant atteindre 600) qui demeure à expliquer.
Ce projet vise à explorer le potentiel de la monazite comme chronomètre et marqueur géochimique de minéralisations hydrothermales grâce à la caractérisation in-situ d’échantillons naturels et d’expériences hydrothermales. Les objectifs sont doubles : (1) obtenir l’âge et la durée de croissance de monazites échantillonnées dans différentes parts des Alpes afin de les relier avec la déformation et l’exhumation ; (2) comprendre le comportent chimique et isotopique des REE+T, Th et U lors des intéractions entre monazite et fluide.
La réussite du projet nécessite une approche pluridisciplinaire combinant minéralogie, pétrologie expérimentale, géochronologie et géologie structurale. Pour le volet expérimental, nous envisageons 32 expériences en autoclave à joint froid pour tester le rôle de la composition de monazite, T, fO2 et spéciation du fluide sur le comportement des éléments trace. Pour l’étude d’échantillons naturels, nous disposons de large cristaux de monazites hydrothermales collectés dans différentes parts des Alpes. L’identification des produits expérimentaux et des échantillons naturel nécessite d’utiliser des techniques analytiques de haute résolution : XRD, EMP, SEM, TEM, FIB, LA-ICP-MS, SIMS et analyses des inclusions fluides (GET, Toulouse). Les datations Th-Pb (resolution spatial et temporelle des monazites alpines sera obtenue avec le LA-ICP-MS (Laboratoire Magmas-Volcans, Clermont-Ferrand). Pour la réalisation de ce projet, nous demandons le financement d’une thèse de doctorat.