Les différents modes d’acquisition de l’aimantation dans les roches sédimentaires

6.1

Acquisition de l’aimantation rémanente (ARN)

La plupart des roches sédimentaires enregistrent le champ magnétique ancien de différentes manières, présentant une aimantation rémanente naturelle. L’ARN est une aimantation rémanente

d'une roche avant tout traitement au laboratoire. Elle est généralement le produit de l’aimantation rémanente primaire et des aimantations rémanentes secondaires. Les roches peuvent acquérir leur aimantation par les processus suivants.

6.1.1 L’Aimantation Thermorémanente (ATR)

Cette aimantation est acquise par refroidissement en présence d’un champ magnétique, depuis une température supérieure à la température de Curie jusqu’à la température ambiante. L’ATR est parallèle et de même sens que le champ et elle est relativement stable dans le temps.

6.1.2 L’Aimantation Rémanente Isotherme (ARI)

Cette aimantation résulte de l’exposition à un champ magnétique fort (en comparaison au champ magnétique terrestre) pendant un temps court (quelques secondes à quelques minutes). Dans la nature, les courants électriques produits par la foudre ont le même effet. Dans le temps, l’ARI est moins stable que l’ATR.

6.1.3 L’Aimantation Rémanente Chimique (ARC)

Lorsqu’une roche est soumise à des processus de diagenèse, de métamorphisme, ou d’altération, de nouveaux minéraux ferromagnétiques se forment. Ils acquièrent une aimantation, qui est dite aimantation rémanente chimique (ARC). Les grains ferromagnétiques créés s’aimantent parallèlement au champ extérieur.

6.1.4 L’Aimantation Rémanente Visqueuse (ARV)

Cette aimantation correspond à une aimantation secondaire acquise par l’action du champ magnétique terrestre actuel sur la roche, à température ambiante. La caractéristique de cette aimantation est d’être instable dans le temps et détruite à faible température. D’un point de vue paléomagnétique, cette aimantation est considérée comme un bruit indésirable.

La plupart des roches sédimentaires présentent une aimantation naturelle. Cette aimantation est acquise lors de la mise en place des sédiments dans le champ magnétique terrestre ambiant. Au moment du dépôt, les particules magnétiques s’orientent parallèlement au champ magnétique existant et vont fossiliser la direction de ce champ (Figure I.3.3). La compaction ultérieure du sédiment produit souvent une erreur d’inclinaison.

Figure I.3.3. Schéma représentant l’acquisition de l’aimantation de type détritique lors de la

sédimentation de particules magnétiques. Le moment magnétique des minéraux magnétiques s’oriente le long des lignes de champ (d’après Tauxe, 2002).

6.2

Minéralogie magnétique

Pour l’étude paléomagnétique des roches, il est important de savoir quel est le minéral, ou les minéraux, porteur(s) de l’aimantation. L’identification du minéral magnétique dominant donne une idée sur le temps et le mode d’acquisition de l’ARN. Dans les roches sédimentaires, les minéraux magnétiques appartiennent à deux familles d’oxydes : les titanomagnétites et les sulfures. L’ARD due à la magnétite est considérée comme primaire. En revanche, les titanohématites peuvent être d’origine primaire ou secondaire. Dans ce dernier cas, il s’agit souvent d’un produit d’altération des titanomagnétites. D’autres minéraux magnétiques, généralement d’origine secondaire, peuvent également contribuer à l’aimantation rémanente du sédiment.

6.3

Méthodes d’identification des minéraux ferromagnétiques (Méthode

de Lowrie, 1990)

6.3.1 L’acquisition de l’aimantation rémanente isotherme (ARI)

L’avantage de cette méthode, développée par Lowrie (1990), est qu’elle est basée sur la reconnaissance des minéraux ferromagnétiques à la fois d’après leur température de déblocage et d’après leur coercivité. L’acquisition des courbes d’aimantation rémanente isotherme (ARI) permet de différencier les minéraux en fonction de leur coercivité. Le principe en est simple. Léchantillon est soumis à trois champs différents dans trois axes orthogonaux. Le premier champ doit être suffisant pour saturer tous les minéraux ferromagnétiques et dans cette étude il est égal à 1,1 T appliqué selon l’axe Z de la carotte. L’ensemble des minéraux ferromagnétiques acquiert une aimantation rémanente isotherme dans cette direction. Le second champ (0,5 T) est ensuite appliqué selon l’axe Y et doit être suffisant pour saturer la magnétite mais pas les minéraux de forte coercivité comme la goethite, la pyrrhotite ou l’hématite. Le troisième champ (0,1 T) est appliqué selon l’axe X, et va remobiliser les minéraux de faible coercivité. Enfin, L’ensemble est désaimanté thermiquement. L’aimantation est mesurée sur chacun des axes à chaque étape de chauffe afin de déterminer le spectre de température de déblocage sur chacune des composantes.

6.3.2 Mesure de l’aimantation rémanente naturelle (ARN)

L’aimantation rémanente naturelle est l’aimantation acquise par les grains ferromagnétiques des roches au cours de leur histoire. Les directions de l’ARN ne reflètent qu’exceptionnellement la succession des polarités magnétiques sur une colonne stratigraphique. Il faut donc nettoyer l’ARN pour isoler ses composantes et identifier les directions de l’aimantation primaire. La désaimantation progressive de l’ARN permet de suivre l’évolution des directions de l’aimantation rémanente. Les échantillons sont chauffés progressivement jusqu’à la disparition totale de l’aimantation rémanente naturelle. Des chauffages par paliers jusqu’à 600°C-700°C mènent à une désaimantation progressive de l’échantillon et permettent de séparer les composantes d’aimantation portées par différents minéraux. L’aimantation rémanente est mesurée après chaque étape de chauffe à l’aide d’un

magnétomètre de type Spinner JR6 de marque AGICO. Les mesures de l’aimantation rémanente sont effectuées dans une pièce amagnétique.

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Désaimantation

Les désaimantations thermiques et par champ alternatif permettent d’obtenir des renseignements sur les minéraux porteurs de l’aimantation rémanente. En effet, les températures de déblocage et les champs coercitifs sont des caractéristiques des différents minéraux ferromagnétiques.

La désaimantation par champ alternatif demande l’application d’un champ magnétique alternatif unidirectionnel de plus en plus fort (jusqu’à 100-150 mT) par paliers successifs. Cette méthode permet de débloquer tous les grains ayant une coercivité inférieure au champ maximum appliqué. La désaimantation par champ alternatif a l’avantage de préserver la minéralogie des échantillons, mais elle est inefficace pour supprimer la composante secondaire lorsque le sédiment comporte un minéral magnétique de haute coercivité résistant à ces traitements tels que l’hématite ou la goethite. Dans certains cas, la désaimantation des échantillons est ensuite poursuivie par des paliers de chauffe.

La désaimantation thermique est réalisée dans un four à blindage amagnétique d’une capacité maximale de 80 échantillons et dans lequel la température peut atteindre 700°C. Le traitement thermique commence en général à 100°C, puis la température est augmentée par pas de 25 °C à 50 °C au cours des étapes de désaimantation. Dans certains cas, la désaimantation thermique permet d’identifier les composantes de l’ARN de manière plus efficace que la méthode précédente tout dépend de la nature des minéraux.