Méthodes U‐Th de datation de coquilles fossiles 1 Principe et méthode d’échantillonnage 

La  technique  de  datation  à  lʹuranium‐thorium  est  une  technique  de  datation  radiométrique  qui  permet  de  mesurer  lʹâge  des  dépôts  par  le  biais  de  son  contenu  faunistique  (coraux,  coquilles  de  lamellibranches,  mollusques  fossilisés  etc.),  grâce  au  déséquilibre  U/Th  engendré  par  la  désintégration  de  l’uranium  en  thorium.  La  limite  théorique de datation par la méthode 234_U‐230_{Th est de l’ordre de 400ka,} 

Lʹuranium  (234_{U),  soluble  dans  lʹeau  de  mer,  se  désintègre  naturellement  en  thorium}  (230_{Th),  insoluble  dans  lʹeau.  Au  cours  de  leur  vie,  les  coraux  piègent  uniquement,  dans  le}  réseau cristallin des carbonates de leur organisme, de lʹuranium dissous dans lʹeau de mer.  Puis, à la mort de l’organisme, lʹuranium se désintègre en thorium (avec une demi‐vie de 245  500 ans). Ainsi, il ne reste plus qu’à calculer le rapport U/Th (déséquilibre U/Th) qui fournit  le temps écoulé depuis la désintégration de l’uranium en thorium, sachant que la quantité de  départ en thorium dans l’organisme est nulle. Il en est de même pour les organismes marins  ayant une coquille carbonatée.  

Dans  le  cas  des  terrasses  marines,  nous  avons  échantillonné  et  daté  des  coquilles  de  lamellibranches essentiellement, les coraux étant absents dans les dépôts de terrasses au Sud  Pérou et au Nord Chili. 

Le déséquilibre U/Th est appliqué aux coquilles de lamellibranches, mollusques etc. des  terrasses marines depuis près de trente ans (Bender et al., 1979 ; Bernat et al., 1985 ; Causse,  1993  ;  Herbert  Veeh,  1966  ;  Hillaire‐Marcel  et  al.,  1986,  1996  ;  Hoang  et  Taviani,  1991  ;  McLaren et Rowe, 1996 ; Muhs et al., 1989 ; Ortlieb et al., 1992 ; Pedoja, 2003). Cependant, les  résultats U/Th obtenus sur des coquilles ne donnent pas toujours des âges aussi fiables que  ceux  obtenus  à  l’aide  des  coraux.  En  effet,  les  coquilles  ne  fixent  de  l’uranium  que  lors  de  leur fossilisation et les âges ne sont fiables que si elle est assez rapide. De plus, la principale  limite  de  cette  méthode  est  que  le  contenu  faunistique  peut  facilement  évoluer  en  milieu  ouvert,  c’est‐à‐dire  qu’il  sera  soumis  à  une  contamination  extérieure  qui  viendra  fausser  le  rapport  U/Th  propre  à  l’organisme.  Ainsi,  pour  mettre  en  évidence  cette  possible  contamination, il est nécessaire, non seulement de dater plusieurs coquilles du même dépôt  et plusieurs fois, mais aussi de mesurer le rapport U/Th des coquilles actuelles, sur le bord de  la  plage.  Ainsi,  si  le  rapport  U/Th  des  coquilles  actuelles  est  très  proche  de  0  et  que  les 

résultats des autres coquilles suivent la même courbe d’évolution, alors les coquilles n’auront  pas évolué en système ouvert et n’auront donc pas été contaminées. 

3.1.2.2.

Protocole  et  application  de  la  technique  aux  coquilles  des 

cordons littoraux de la région de Tongoy. 

Nous  avons  échantillonné  des  cordons  littoraux  déposés  sur  les  terrasses  marines  de  la  baie  de  Tongoy,  lors  des  régressions  marines  successives.  Chaque  cordon  marque  une  ancienne position de la ligne de côte lors de la régression marine. Trois cordons littoraux ont  été échantillonnés dans la baie de Tongoy et les analyses U‐Th des coquilles ont été réalisées  au  Laboratoire  des  Mécanismes  de  Transfert  en  Géologie  (LMTG)  à  Toulouse  par  Aurélie  Violette, Jean Riotte et Vincent Regard. 

Même  si  la  limite  théorique  de  datation  par  la  méthode 234_U‐230_{Th  est  de  ~400ka,  son}  application  aux  coquilles  reste  délicate :  les  teneurs  initiales  en  U  et  Th  sont  très  faibles,  typiquement  quelques  dizaines  de  ng/g  pour  U  et  quelques  ng/g  pour  Th,  ce  qui  rend  le  système sensible à de possibles apports en U et Th après la mort de l’animal. Les teneurs en  U et Th trouvées dans les terrasses marines excèdent souvent celles des coquilles « fraîches »,  ce qui indique que ces apports ne sont pas négligeables. Cependant, il a été observé que ces  apports ont lieu lorsque la coquille est encore immergée, cʹest‐à‐dire peu de temps après la  mort de l’animal. Cela revient à considérer que la coquille a évolué en système fermé. Dans  le  cas  présent  nous  avons  mesuré  les  concentrations  en  U  et  Th,  ainsi  que  les  rapports  d’activité  (234_U/238_{U)  et  (}230_Th/232_{Th)  dans  des  coquilles  de  plage,  donc  actuelles  ou}  subactuelles, pour les comparer aux coquilles des cordons littoraux sur les terrasses. De plus,  nous  avons  dupliqué  les  analyses  de  coquilles,  sur  deux  coquilles  différentes,  pour  deux  échantillons : MS10, MS11. 

Les coquilles ont été lavées à l’eau MQ afin d’éliminer d’éventuels grains de sable ou le  ciment calcaire dans le cas de MS10, dont la diagenèse était très avancée. Après séchage, les  coquilles ont été broyées grossièrement et divisées en 6 aliquots de 200 à 400 mg chacun. Des  traceurs  isotopiques 229_{Th  et} 236_{U  ont  été  ajoutés  avant  dissolution  complète  par  HNO3  et}  H2O2  puis,  en  cas  de  résidu,  HF‐HNO3.  L’Uranium  et  le  Thorium  ont  été  séparés  de  la  matrice,  puis  purifiés  par  chromatographie  sur  résine  échangeuse  d’ions  AG1  X8  (Riotte  et  Chabaux,  1999).  Les  blancs  de  procédure  sont  <1pg  pour  l’Uranium  et  ~10pg  pour  le 

Thorium. Les compositions isotopiques en U et Th ont été déterminées au LMTG par ICP‐MS  multi‐collection (Finnigan Mat Neptune) en mode multistatique. La procédure d’acquisition  pour l’Uranium a été optimisée pour des teneurs en Uranium très variables (Violette et al., in  prep.). Les incertitudes analytiques pour 10ng de standard international d’Uranium NBS 960  sont de 3‐4 ‰ pour le rapport 234_U/236_{U et de 0.4‐0.6 ‰ pour le rapport} 236_U/238_{U. La sensibilité}  en abondance du 232_{Th sur le pic du} 230_{Th a été calculée en début de séquence en mesurant la}  traînée  de  pic  de 232_{Th  à  chaque  dixième  de  masse  entre  229,5  et  230,9  sur  un  standard  Th}  IRMM  035.  Les  mesures  d’échantillons  sont  encadrées  par  des  mesures  de  blanc.  Un  standard  IRMM  035  est  mesuré  tous  les  trois  échantillons  et  les  rapports 230_Th/229_{Th  et}  232_Th/229_{Th sont calculés par normalisation externe. L’incertitude moyenne sur la mesure de}  10ng de standard IRMM 035 est de 7 ‰ pour 230_Th/229_{Th et 1.2 ‰ pour} 232_Th/229_Th. 

Les âges ont été calculés par le logiciel ISOPLOT 3.00, développé par K.R. Ludwig (2003).  Ce logiciel corrige de la contamination détritique (232_{Th) à partir d’une représentation en trois}  dimensions des rapports U‐Th (232_Th/238_U ‐ 230_Th/238_U ‐ 234_U/238_{U) et d’une droite de régression}  normalement formée par les aliquots. L’interception de cette droite dans le plan 232_Th/238_U=0  permet  de  déterminer  la  composition  (234_U/238_{U)  et  (}230_Th/238_{U)  de  la  fraction  authigène  et}  donc l’âge (Ludwig et Titterigton, 1994). Ce logiciel calcule en outre l’erreur associée à l’âge,  l’écart  moyen  à  la  droite  de  régression  (MSWD)  et  un  indice  de  probabilité.  Ces  différents  facteurs  sont  contrôlés  par  les  erreurs  analytiques  et  les  facteurs  géologiques.  Une  faible  probabilité associée à un indice MSWD > 1 peut par exemple signifier des âges différents à  l’intérieur  d’une  même  série  d’aliquots,  des  apports  détritiques  multiples  ou  encore  des  pertes ou des gains en U et Th (évolution en système ouvert).                   

3.2.

Détermination des taux de surrection de la côte 

Dans ce travail de recherche, deux méthodes de calcul des taux de surrection côtière, ont  été  utilisées.  La  première  méthode  est  celle  utilisée  en  général  et  utilise  l’équation  (1)  de  Lajoie  (1986).  La  deuxième  diffère  quelque  peu  de  celle  de  Lajoie  (1986)  (Equation  2).  La  différence  entre  les  deux  méthodes  réside  dans  l’intervalle  de  temps  considéré.  En  effet,  Lajoie (1986) calcule une vitesse moyenne entre l’âge de formation de la terrasse et l’actuel.  La deuxième méthode permet de calculer les vitesses de soulèvement entre deux niveaux de  terrasses successives, sur un intervalle de temps entre deux hauts niveaux marins. L’intérêt  de cette méthode est d’obtenir une résolution fine de l’évolution des vitesses de soulèvement  sur  une  longue  période  de  temps.  Cette  méthode  permet  de  mettre  en  évidence  l’histoire  cumulée  du  soulèvement  côtier,  enregistré  par  une  série  de  terrasses  marines,  sur  des  intervalles de temps consécutifs.  L’équation utilisée par Lajoie (1986) est :   

(

)

T

e

D

V

=

−

Où  V  est  la  vitesse  de  soulèvement,  D  le  déplacement  vertical  de  la  terrasse  marine  (altitude actuelle du pied de falaise), e l’altitude atteinte par le haut niveau marin qui a formé  la terrasse (au temps T), par rapport au niveau marin actuel et T l’âge de la terrasse (Figure  34).