Chapitre I Présentation de l’étude
I. 3 Utilisations des spectres des terres rares
La répartition des Terres Rares (TR) dans les dépôts ferromanganésifères est largement utilisée, en complément de leur composition minéralogique et de leur teneur en éléments traces, afin d’identifier la source possible des éléments qu’ils contiennent. Les observations sont faites à partir des spectres des Terres Rares, obtenus suite à la normalisation par rapport à un spectre de référence. Les deux standards principalement utilisés dans l’étude des dépôts métallifères sont la moyenne des météorites chondritiques (normalisation au chondrites), et la croûte continentale supérieure représentée par la moyenne des shales (normalisation au PAAS = Post-Archean Australian Shale). A partir des spectres obtenus, l’origine des Terres Rares piégés dans les dépôts ferromanganésifères peut être déterminée grâce à l’observation de leur enrichissement global et de leur fractionnement les unes par rapport aux autres au sein de l’échantillon (Figure II-6).
Caractérisation minéralogique et chimique des sédiments métallifères constituant la carotte GC50
- Les spectres des Terres Rares caractéristiques des dépôts hydrogènes présentent de fortes teneurs en TR, un enrichissement des Terres Rares Légères par rapport aux Terres Rares Lourdes, et une forte anomalie positive en Cerium (Ce) (Figure II-6). Ils forment ainsi une image miroir du spectre de l’eau de mer (faibles teneurs globales en TR, enrichissement en HREE, et forte anomalie négative en Ce). Piper (1974) a suggéré que le fractionnement des Terres Rares durant leur incorporation dans les nodules et croûtes hydrogènes serait principalement à l’origine du spectre de l’eau de mer. L’enrichissement global des Terres Rares dans les dépôts hydrogènes expliquerait donc leurs faibles teneurs dans l’eau de mer, plus particulièrement en Ce. Godberg (1961) a expliqué le fractionnement important de cet élément suite à son oxydation en ion Ce4+ dans l’eau de mer, contrairement aux autres Terres Rares qui sont toutes trivalentes. De ce fait, le Ce devient moins soluble dans l’eau de mer que les autres Terres rares et précipite aussitôt dans les dépôts hydrogènes. De la même manière, l’appauvrissement en HREE dans les précipités, compensé par un enrichissement
Figure II-6: Spectres des Terres Rares (TR) normalisés par rapport à la chondrite. Les spectres caractéristiques des dépôts hydrogènes, diagénétiques et hydrothermaux sont représentés. Les échantillons P218 correspondent à des dépôts d’oxydes de manganèse d’origine hydrothermale de basse température. (d’après Usui et al., 1997).
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dans l’eau de mer, peut être expliqué par une solubilité moins importante des Terres Rares Légères (LREE).
- Le fractionnement des Terres Rares dans les dépôts hydrothermaux varie selon l’environnement de dépôt haute température à l’axe des dorsales où basse température sur les flancs de rides. Toutefois, dans les deux types de dépôts, les teneurs en Terres Rares sont beaucoup plus faibles que celles analysées dans les dépôts hydrogènes. En condition hors axe, la faible altération du fluide hydrothermal lors de sa circulation dans la croûte, va engendrer la précipitation, à l’interface sédiment-basalte, de composés présentant un spectre similaire à celui de l’eau de mer. A l’axe, à des températures plus élevées, le fluide hydrothermal présente une composition différente de celle de l’eau de mer, suite à son interaction plus importante avec la croûte. Les spectres des dépôts formés par interaction avec ces fluides de haute température présentent généralement un enrichissement des LREE et une forte anomalie positive en Europium (Eu). En conditions réductrices (Eh < -350 mV, Broohins, 1989), telles que celles rencontrées dans les systèmes magmatiques, l’Europium est sous sa forme divalente (Eu2+). Il en résulte une augmentation de son rayon ionique qui lui permet d’être facilement substitué à la place du Sr dans les feldspaths (McLennan, 1989). Klinkhammer et al. (1994) ont montré que, lors de sa circulation, l’eau hydrothermale chaude altère préférentiellement les feldspaths à l’intérieur de la croûte basaltique. Ainsi, la forte anomalie positive en Eu observée dans les dépôts ayant précipité à partir de fluides hydrothermaux de haute-température, serait du à l’enrichissement du fluide en Eu, lors de sa circulation dans la croûte (Michard et Albarède, 1986 ; Michard, 1989).
- Les dépôts d’origine diagénétique présentent des teneurs en Terres Rares intermédiaires entre celles observées pour les dépôts hydrogènes et hydrothermaux, ainsi que de faibles anomalies en Ce et Eu. Cependant, il n’existe pas de spectre des Terres Rares caractéristique de dépôt diagénétique comme pour les deux autres types de dépôts (hydrogènes et hydrothermaux). En effet, celui-ci va dépendre de la distribution des Terres Rares dans les fluides interstitiels de formation, elle-même liée à la composition des sédiments qui peut varier d’une zone à l’autre du plancher océanique.
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identifier un dépôt spécifique (« fingerprinting ») doit être effectuée avec beaucoup de précautions, et nécessite confirmation par d’autres approches telles que les analyses isotopiques.
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Chapitre II Article n°1
L’article n°1, accepté dans la revue « Marine Geology », a été écrit pour répondre aux 3 questions suivantes : (1) Parmi les minéraux constituant les sédiments de la carotte GC50, quelles sont les phases authigènes ? (2) Quel est l’impact de la précipitation de ces nouvelles phases minérales sur les variations de composition chimique dans la carotte ? (3) les évolutions chimiques et minéralogiques observées peuvent-elles traduire l’interaction avec un fluide hydrothermal de basse température où bien de la simple diagenèse, dans ces conditions hors axe ?
Les sédiments de la carotte GC50 sont comparés à ceux des autres carottes prélevées autour du Mont Dorado mais ne présentant pas de dépôts métallifères. Ces sédiments, qui seront nommés par la suite « sédiments de référence », sont considérés comme représentant la composition initiale du sédiment GC50.
La démarche analytique consiste à combiner des observations macroscopiques et microscopiques (MEB, MET) avec des analyses DRX, afin de déterminer la minéralogie des sédiments de référence et des sédiments GC50. Cette approche minéralogique est couplée à une étude chimique (éléments majeurs, traces et Terres Rares) des sédiments. Dans le but de quantifier les variations chimiques, un facteur d’enrichissement (Ei) est calculé, à partir de la composition des sédiments de référence, pour chaque élément et dans chaque échantillon de la carotte étudiée. Ces données nous permettent de déterminer à quelles profondeurs les interactions eau/roche ont été les plus importantes. Enfin, l’observation des spectres des Terres Rares permet de discuter l’origine des dépôts métallifères GC50.
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