REMOBILISATION DE LA CROUTE EXPOSEE AU SUD DU OUADDAÏ

Introduction

L’objectif de ce chapitre est de determiner l’âge d’extraction des roches depuis le manteau appauvri ainsi que la contribution d’une source juvénile c’est-à-dire directement issue du manteau appauvri ou enrichi. Pour ce faire, quelques grains de zircon des roches selectionnées ont été soumis à une analyse isotopique Lu-Hf par spectrométrie de masse à plasma induit par ablation laser (LA-ICP-MS), à l'Université Goethe de Francfort (Allemagne) par Armin Zeh. Les échantillons choisis pour cette analyse sont les mêmes que ceux datés par la méthode U-Pb sur zircon.

Isotopes de Lu/Hf sur zircon

Le système Lu-Hf est basé sur la désintégration radioactive de l’isotope 176 du lutétium en isotope 176 de l’hafnium selon une radioactivité de type β-. La demi-vie de l’isotope 176_Lu

a été évaluée à 35,9 milliards d’années ce qui représente une constante de désintégration de 1,93 x 10-11 ans-1 (Sguigna et al., 1982). Le système Lu-Hf présente des applications en géochronologie pour la datation d’échantillons météoritiques, de roches terrestres anciennes et de minéraux enrichies en lutétium comme le grenat (Patchett et Tatsumoto, 1980a; Patchett et Tatsumoto, 1980c; Pettingill et Patchett, 1981; Duchêne et al., 1997; Blichert-Toft

et al.,1999a). Cependant les fractionnements que subissent Lutétium et Hafnium durant les

processus de magmatogenèse permettent aussi l’application du système Lu-Hf aux questions de pétrogenèse des roches terrestres (Patchett et Tatsumoto, 1980b; Patchett et al., 1981;

144 2.1 Compositions isotopiques de l’hafnium de la croûte et du manteau terrestre

Lors des processus de fusion partielle des matériaux terrestres, lutétium et hafnium ne se comportent pas de manière identique. Ces deux éléments sont généralement fractionnés lors des phénomènes de fusion partielle et de cristallisation fractionnée (Patchett et al., 1981). Ainsi les magmas produits par fusion partielle des matériaux terrestres présentent généralement des rapports Lu/Hf inférieurs à ceux du matériel source. À l’opposé le résidu solide de la fusion possède un rapport Lu/Hf supérieur à ceux du matériel source. L’hafnium est ainsi considéré comme un élément plus incompatible que le lutétium au cours des processus de magmatogenèse (Hofmann, 1988). Ce fractionnement que subissent lutétium et hafnium durant la génération des magmas a permis l’individualisation sur Terre de deux ensembles principaux aux rapports Lu/Hf distincts: La croûte continentale et le manteau supérieur appauvri (Patchett et al., 1981; Patchett, 1983b; Hofmann, 1988; Hofmann, 1997). La croûte continentale générée par fusion du manteau primitif de la Terre a hérité d’un rapport Lu/Hf inférieur à ce dernier (Taylor et McLennan, 1985; McLennan, 2001). En complément, le manteau supérieur, considéré comme le résidu laissé par l’extraction de la croûte doit posséder un rapport Lu/Hf supérieur au manteau primitif (Patchett et Tatsumoto, 1980b; Patchett et al., 1981; Patchett, 1983b; Salters et Hart, 1989; Salters et Hart, 1991;

Hofmann, 1997; Chauvel et Blichert-Toft, 2001).

2.2 Résultats et interprétations des isotopes Lu/Hf

Les résultats obtenus sur des roches métasédimentaires (GB15-7, GB15-25 et GB15-1B) et magmatiques plutoniques (GB16-5, GB15-20A et GB15-12) sélectionnées pour ce travail, sont reportés dans les tableaux en annexe.

2.2.1 Isotopes Lu-Hf des roches métasédimentaires

145 Les trois échantillons de quartzite à phengite (GB15-7, GB15-25 et GB15-1b) sont caractérisés par des rapports 176_Hf/177_Hf

t compris entre 0,280722 et 0,282089 (tableaux 9, 10,

et 11 en annexe). Les valeurs ƐHf de ces trois échantillons varient entre -31 et +8,7 et s’alignent, pour une partie des donnée un alignement dans le diagramme ƐHft vs âge U-Pb

indiquant des âges modèles Hf (TDM2) autour de ca. 3,0 Ga, ca. 2,7 Ga et ca. 1 Ga (figure VII.1),

interprétés comme des âges d’extraction depuis le manteau appauvri des roches sources des sédiments protolithes des quartzites. Quelques grains de zircon de l’échantillon GB15-1b, montrent des rapports 176_Lu/177_Hf

t proche des CHUR et soulignant un alignement pointant vers

une contribution mineure du manteau appauvri dans la source à ca. 1 Ga.

Figure VII.1: Diagramme ƐHf(t) vs âge (Ma) du quartzite à phengite (GB15-7, GB15-25 et GB15-

1b).

2.2.1.2 Isotopes Lu-Hf sur zircon des roches plutoniques

Les roches plutoniques (leucogranite à biotite et à muscovite) sont caractérisées par des rapports 176_Hf/177_Hf

t qui varient entre 0,280865 et 0,282402 (tableaux 12 et 13 en annexe).

146 l’alignement d’une partie des données indique des âges modèles archéens à paléoprotérozoïques entre ca. 3,0 Ga et ca. 2,7 Ga. Quelques zircons discordants (GB16-5) se situent proche du CHUR avec un rapport 176_Lu/177_Hf

t=0, impliquant la contribution mineure

d’une source juvénile autour de 2 Ga (figure VII.2). Le leucogranite à muscovite, caractérisé par l’absence de zircons hérités et un âge de cristallisation U-Pb sur zircon autour de 613 Ma sujet à caution du fait de la métamictisation, montre des valeurs ƐHft faiblement négatives à

positives (-2,3 et +0,1). Ces signatures sont les plus élevées de celles obtenues sur les zircons néoprotérozoiques des granitoides. Le granite à biotite est caracterisé par des grains de zircons proches du CHUR indiquant ainsi une source juvénile à ca. 1 Ga.

Figure VII.2: Diagramme ƐHf(t) vs âge (Ma) de leucogranite à biotite (GB15-5), leucogranite à

147 Synthèse des données isotopiques Lu-Hf

Les contraintes isotopiques Lu-Hf des roches métasédimentaires, indiquent la contribution d’une croûte archéenne à paléoprotérozoïque avec des âges modèles à ca. 3,0 Ga et ca. 2,7 Ga. La présence de quelques zircons caractérisés par des ƐHf positives sur des zircons avec des âges U-Pb autour de 1.0 Ga suggèrent une contribution mineure d’une source juvénile pour ces sédiments. Les granitoides témoignent également de sources variées avec une contribution archéenne à paléoprotérozoique avec des âges modèles entre ca. 3,0 Ga et ca. 2,7 Ga pour le leucogranite à biotite, une contribution de matériel juvénile autour de 1.1 Ga pour le granite à biotite et une signature Hf proche du CHUR pour les grains de zircons métamictes Pan-Africains du leucogranite à muscovite. Ces contraintes témoignent de la remobilisation d’un matériel essentiellement hérité de l’Archéen et du Paléoprotérozoique au cours de l’orogenèse Pan-Africaine avec une contribution mineure de matériel juvénile du Néoprotérozoique.

148 CHAPITRE VIII: