Structures internes

Les différentes caractéristiques internes (et externes) des zircons du SRBIC sont reportées dans la Figure

3.3 et Figure 3.4 au travers de plusieurs exemples de zircons séparés. Ils montrent tous des zonations

oscillatoires superposées à des zonations en secteurs (OZ pour Oscilatory Zoning et SZ pour Sector

Zoning) plus ou moins prononcées en fonction des échantillons. Les trois grands type de zircons

rencontrés sur le complexe plutonique sont reportés dans la Figure 3.4a,b et c.

Il est communément admis que la zonation oscillatoire est la conséquence d’une succession de couches

cristallisée en trois dimensions et suivant la même morphologie durant la croissance du minéral. Ces

franges concentriques peuvent être d’épaisseur variables et sont visibles grâce à leur différentes

contenus en éléments traces incorporés lors de leur cristallisation et impliquant des changements dans

les émissions cathodoluminesentes (e.g. Benisek and Finger, 1993; Hoskin, 2000). Les zonations

oscillatoires des zircons du SRBIC sont composés de couches fines (<5µm ; Figure 3.3 et Figure 3.4). Les

mécanismes exactes responsables de ce type de zonation sont encore débattus mais semblent

simultanément régis par la variation temporelle de la composition du liquide dans lequel le cristal grandit

et la cinétique des échanges solides liquide à l’interface du minéral (e.g. Halden and Hawthorne, 1993).

Ainsi, de par ces caractéristiques physico-chimiques tels que sa composition, son état d’oxydation et sa

saturation en zirconium, l’environnement de croissance contrôle les zonations qui forment la structure

interne du zircon (e.g. Mattinson et al., 1996).

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Figure 3.3: Exemples de morphologies et structures internes des zircons du SRBIC sous lumière polarisée et

cathodoluminescence. En dépit de leur contenu en inclusions, les zircons montrent tous des zonations en secteurs et des

zonations oscillatoires plus ou moins prononcées.

Tout comme les OZ, les zonations en secteur sont souvent observées dans les zircons (Vavra, 1990) et

références précédentes). Ce type de zonation découpe généralement les minéraux en plusieurs zones qui

séparent généralement les secteurs pyramidaux des prismatiques comme c’est le cas des zircons de la

Figure 3.3 et Figure 3.4b. Hoffman and Long (1984) ont premièrement décrit ces zonations en secteur

comme résultant d’une croissance anomalique. Elles sont plutôt considérées aujourd’hui comme

résultant de l’incorporation différentielle en éléments traces dans les différentes portions du crystal en

relation avec l’orientation cristallographique de la surface en croissance. La diffusion élémentaire

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intracristalline étant bien plus lente que le taux de croissance, la ré-équilibration avec le liquide n’est pas

complétée lorsque sont incorporés les éléments traces (Watson and Liang, 1995). Ces auteurs suggèrent

que tous les zircons doivent être zonés en secteurs mais que nous ne sommes pas capables de détecter

pour le moment toutes les occurrences. Quoiqu’il en soit, les structures zonées des zircons du SRBIC sont

typiques de zircons magmatiques, attribuées à la cristallisation de minéraux provenant d’un unique

événement pétrogénétique et issus d’un liquide ayant évolué et/ou perturbé dans le temps (Vavra, 1990;

Pidgeon, 1992; Rubatto and Gebauer, 2000; Hanchar and Watson, 2003; Miller et al., 2003).

Figure 3.4: Photos en lumière naturelle (a, c, e) et cathodoluminescence (b, d, f) de plusieurs zircons caractéristiques du SRBIC

illustrant les différent types de structures internes rencontrées. Tous contiennent des inclusions en quantité variable. a)

échantillon 13TK70, zircon cristallisé avec un développement caractéristique du prisme 100 et de la pyramide 101, et une

variation de coloration laissant apparaitre un zoning en secteurs. c) échantillon TC09_82, zircon cristallisé avec un

développement préférentiel du prisme 100 et de la pyramide 101 avec un léger développement des faces 211. e) échantillon

13TK31, zircon montrant une zonation de couleur du cœur vers la bordure, et la même morphologie que (a et c). (b) même

zircon que (a), montrant une zonation oscillatoire et en secteur très prononcé. (d) échantillon TC09_82, zircon montrant une

zonation oscillatoire très contrastée, ainsi que des limites de résorptions bien visibles aux angles entre les différentes faces de

croissance. (f) même zircon que (e) montrant un cœur avec une zonation oscillatoire et en secteur, suivit d’une limite de

résorption majeure. Cette surface délimite une bordure montrant une zonation oscillatoire. Les zircons (a) et (c) représentent

la majorité des zircons séparés au sein des syénites du SRBIC.

Au-delà de la majeure partie des zircons du SRBIC décrite plus haut et dont les exemples sont illustrés

dans les Figure 3.3 et Figure 3.4a,b,c ; un autre type de zircon dont la structure interne diffère des

précédents a pu être observé. Ils se caractérisent, en plus des SZ et OZ, par la présence de zones de

résorption (Figure 3.4d). Ces zones de résorptions apparaissent principalement à l’extrême bordure des

minéraux, mais peuvent s’observer rarement plus proches du centre du cristal dans certains échantillons.

Ces zones sont visibles en cathodoluminescence car elles s’appuient sur une surface qui semble recouper

la morphologie définie par les précédentes franges de croissance du minéral. Cette limite courbée est

donc plus facile à observer aux angles entre les différentes franges de croissance (Figure 3.4d). De plus,

une telle limite peut apparaitre plusieurs fois au sein du même minéral et définir autant de zones de

résorption (Figure 3.4d et Figure 3.4f). Ce genre de discontinuités texturales ont été reportées au travers

de nombreuses études (Corfu et al., 2003; Hoskin and Schaltegger, 2003; Köksal et al., 2008). Elles sont

désormais largement attribuées à des phénomènes de dissolution où la saturation en zircon du liquide

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magmatique n’est plus atteinte pendant une période de temps plus ou moins courte. Ces épisodes

pourraient provenir d’anomalies cinétiques locales, de processus de mélange à différentes échelles,

jusqu'à des phénomènes cycliques de croissance/dissolution pendant une longue période d’injection

magmatique. D’autre part, Pidgeon and Compston (1992) ont proposé que les zircons aient pu subir

plusieurs phases de cristallisation dans différentes parties d’un même magma de composition

non-homogène à échelle inconnue avant d’atteindre leur position finale. Ces zones de résorption sont donc

des témoins de changement plus ou moins important et d’origine variables dans l’environnement

magmatique durant la cristallisation du zircon.

Un dernier type de structure interne a été observé parmi les zircons de rares échantillons du SRBIC

(Figure 3.4e et Figure 3.4f). Ce type de zircon présente un cœur avec des zonations oscillatoires et en

secteur moins prononcés que pour les zircons précédents dus à une différence moins grande de contraste

entre les différentes surfaces de croissance. Ce cœur est entouré par une couronne qui montre

également des zonations oscillatoires. Tout comme le zircon Figure 3.4d, les zonations oscillatoires de

cette bordure présentent plusieurs zones de résorption. Mais à la différence du zircon Figure 3.4d, la

limite de résorption la plus proche du centre du zircon Figure 3.4e et Figure 3.4f est très rugueuse et

marque clairement une importante surface de dissolution dans l’histoire de ce minéral. Cette limite

majeure de résorption forme une discontinuité structurale et mène a distinguer un cœur magmatique

d’une bordure magmatique. En effet, bien que les surfaces de résorption importante soit communes pour

les zircons métamorphisés, de telles discontinuités texturales peuvent également se retrouver dans les

zircons magmatiques. De plus, la zonation oscillatoire bien prononcée dans cette bordure qui suit la

morphologie de croissance du cœur, bien que recoupé par une zone de résorption majeure, supporte

cette origine uniquement magmatique. Au contraire, les zircons non-magmatiques présentent des zones

déstructurées (patchy areas) et des zonations rarement visibles (Pidgeon, 1992; Hanchar and Miller, 1993;

Corfu et al., 2003; Hoskin and Schaltegger, 2003). Sur le zircon Figure 3.4e et Figure 3.4f, la zone qui

semble déstructurée correspond à un plan d’inclusions entre le cœur et la bordure. Bien que celui-ci soit

visible en cathodoluminescence, ce zircon montre plusieurs plans d’inclusions du même type qui suivent

les différente faces de croissance du minéral.

Les observations microscopiques des structures internes ont donc montré : (i) un 1

er

type de zircon,

largement dominant au sein des roches du SRBIC ; bien structuré avec des OZ et SZ bien prononcées ; (ii)

un 2

eme

type de zircon, minoritaire, avec des caractéristiques semblables au 1

er

type mais qui montrent de

multiples surfaces fines de résorption ; et (iii) un dernier type de zircon rare et spécifique à certains

échantillons ; montrant une surface de dissolution majeure délimitant un cœur et une bordure

magmatique.

Les observations microscopiques ont également permis de relier directement la couleur des zircons à leur

structure interne. Il apparait en effet que la couleur n’est pas repartie de façon homogène au sein d’un

même cristal (Figure 3.4a, c, e). Chaque frange de croissance formant les OZ ayant une émission propre

en CL semble également avoir une couleur propre en lumière naturelle. Plus l’intensité de l’émission

lumineuse en cathodoluminescence est forte plus la couleur rose est foncée en lumière naturelle. Comme

l’émission en cathodoluminescence est un signal complexe issus de plusieurs centres d’émission, il est

difficile de savoir quels éléments, incorporés dans la structure du zircon, sont directement responsables

de la coloration. Cependant, il est communément accepté que les zones de forte émission-CL sont des

zones enrichies en REE

3+

(surtout en Dy

3+

), tandis que les faibles émissions sont attribuées à des zones

enrichies en U, Th et Y (e.g. Köksal et al., 2008). C’est pourquoi, même si les éléments traces peuvent être

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impliqués, il semble que les fortes concentrations en U, Th et Y (ainsi que leur propre irradiation) soient

les principaux éléments responsables de la coloration des zircons du SRBIC.

Dans le document Origine, évolution et mise en place d’un pluton récent en contexte intraplaque océanique. Exemple du complexe sud de Rallier du Baty, Kerguelen (T.A.A.F.) (Page 82-86)