longueurs de traces

Nous avons expliqué que lors du recuit des grains, c'est-à-die lorsque ceux-ci se réchauffent, le système a tendance à se réinitialiser et les traces de fission ont tendance à s'estomper. Ce

99

phénomène de cicatrisation est dépendant de la température (Wagner, 1981, 1988 ; Green et al., 1985, 1986 ; Wagner et al., 1989 ; Barbarand et al., 2003 ; Ketcham et al., 2007). La longueur des traces dans un grain va donc être fortement reliée à la température à laquelle se trouve l'échantillon et à la vitesse de refroidissement d'un échantillon. De nombreux modèles numériques ont alors été mis au point pour étudier ces histoires thermiques impliquant la cicatrisation (Laslett et al., 1987 ; Gallagher et al., 1998 ; Tagami et al., 1998 ; Ketcham et al., 2007).

La longueur des traces est un indicateur de la vitesse de refroidissement : de grandes longueurs (14-16 µm) témoignent d'un refroidissement rapide, alors que des traces inférieures à 12 µm témoignent d'un refroidissement plutôt lent (Figure III.17).

Plusieurs répartitions des traces de fission peuvent être observées. Un échantillon présentant une seule "population" de longueurs n'a enregistré qu'un seul événement de refroidissement, le dernier enregistré par la roche. Si la répartition est serrée et centrée sur une valeur élevée, le refroidissement a été très rapide. Une roche ayant été partiellement réchauffée peut présenter deux populations : l'une liée au dernier événement de refroidissement enregistré et l'une liée au refroidissement s'étant produit avant ce dernier (Figure III.16 ; Gleadow et al., 1986 ; Galbraith and Laslett, 1993 ; Gallagher et al., 1998) ; cette répartition est dite bimodale. Les liens entre répartition des longueurs et histoire thermique sont résumés en Figure III.17.

100 Figure III.17 : Relations entre les âges traces de fission, la longueur des traces, la température et la répartition des longueurs de trace dans l'échantillon.

Il est possible de mesurer les longueurs dans le même programme que celui utilisé pour compter le nombre de traces de fission. Si l'échantillon étudié contient suffisamment de traces horizontales, il est possible directement de les mesurer ; il faut compter environ une vingtaine de longueurs mesurées pour avoir un "échantillon" de longueurs représentatif, à condition que l’échantillon soit in-situ ou bien totalement recuit (« fully reset »).

1.3.5 Influence de la chimie

De nombreuses études ont montré que la notion de recuit d'un minéral était également liée à sa composition chimique (Barbarand et al., 2003). Ainsi les apatites riches en Cl et les apatites riches en F ne réagiront pas de la même manière lors d'un recuit : celles riches en Cl ont tendance à être plus résistantes à la température que les autres (Figure III.18). Une étude de Donelick (1993) a montré que ces concentrations relatives en Cl et F étaient liées à la longueur et la largeur du etch-pit de chaque longueur de trace (intersection de la longueur de trace observée avec le plan d'observation, horizontal), paramètre appelé Dpar (Figure

101

III.18). Bien que les mesures de longueur et de largeur des etch-pit soient assez délicates car nécessitant une extrême précision, le Dpar reste un moyen rapide et assez simple de déterminer les quantités relatives de Cl et de F dans un grain : on estime que pour des valeurs < 1.75 µm les grains sont plutôt riches en Fluor alors que pour des valeurs > 1.75 µm les grains sont plutôt plus riches en Chlore (Carlson et al., 1999). Un minimum de quatre valeurs de Dpar au sein d'un même grain sont nécessaires pour obtenir une valeur moyenne acceptable (Donelick et al., 2005).

Figure III.18 : Représentation et mesures des longueurs et largeurs des etch-pit conduisant au calcul du paramètre Dpar (Sobel and Seward, 2010) et relations entre les longueurs de traces, la taille des etch-pit et le contenu en Cl des grains d'apatites (d'après Barbarand et al., 2003).

1.3.6 Statistiques

Dans le cas des échantillons in-situ, une vingtaine de grains peuvent être comptés. En

revanche dans le cas des échantillons détritiques on estime qu'il faut compter environ une centaine de grains pour représenter statistiquement toutes les populations d'âges présentes dans l'échantillon.

Echantillons comprenant une population

Classiquement deux types d'âges sont calculés : le "pooled age" et le "central age". Le "pooled age" est obtenu en moyennant toutes les traces spontanées et induites comptées sur le grain. Le "central age", lui, est calculé en considérant une distribution normale des

102

âges, prenant donc en compte la dispersion. C'est l'âge le plus couramment utilisé dans la bibliographie.

Afin de juger de la cohérence et de la bonne répartition des âges obtenus dans un échantillon, deux paramètres , le χ² et la Dispersion, sont utilisés. La Dispersion montre la variabilité des âges en fonction de l'âge moyen calculé dans l'échantillon. Galbraith (1981) et Green (1981) ont développé les test du χ² pour vérifier si les âges calculés suivent une distribution de Poisson. Le niveau critique pour le test du χ² est fixé à 5 % et à 20% pour la Dispersion ; au-dessus de cette valeur les échantillons ont échoué au test statistique et ne peuvent être considérés comme représentant une population unique.

Il faut cependant garder à l'esprit que plusieurs facteurs peuvent influer sur le nombre de traces induites et spontanées comptées dans chaque grain. Tout d'abord il est possible que les traces soient mal révélées à cause d'une attaque acide trop courte, comme c'est souvent le cas pour les zircons. Ensuite, la densité de traces peut être très importante, et donc tendre à rendre le comptage moins précis. Il faut également choisir une zone dans le grain où la densité de traces est représentative du grain entier pour ne pas sous-estimer ou sur-estimer cette densité et par conséquent l'âge (Tagami and O'Sullivan, 2005).

Echantillons comprenant plusieurs populations

Dans le cas d'échantillons détritiques, si ceux-ci ne sont pas complètements recuits (« resettés »), il est possible d'obtenir plusieurs populations d’âges qui doivent être comparées à l'âge de dépôt afin de déterminer si ces âges révèlent des événements d'exhumation induisant un recuit (même partiel) ou si ces différents âges sont associés aux âges d'exhumation des sources.

2. Modélisation des données de la thermochronologie