La thermochronologie (U-Th)/He/Ne : un nouvel outil de datation contraint par des études nucléaires et applicables à des cas géologiques. – (U-Th)/Ne

Les outils de datation sont primordiaux en sciences de la Terre puisqu'ils permettent la quantification des phénomènes géologiques. Depuis une dizaine d'année est apparu un nouveau thermochronomètre puissant et innovant : l'(U-Th)/He qui a permis de contraindre en particulier les mouvements crustaux de faible à moyenne amplitude (mouvements des isothermes 70°C pour l'apatite, 200°C pour le zircon et la titanite par exemple). Cet outil est très prisé puisque de nombreux laboratoires le développent dont l'UMR IDES. Nous proposons d'élargir le pôle thermochronologie basse température (Traces de fission et (U-Th)/He) de l'UMR IDES, en développant un nouvel outil géochimique complémentaire qu'est la thermochronologie (U-Th)/Ne. Il se base sur l'interaction des particules alpha produites par l'U et Th principalement avec l'18O ou 24Mg créant des particules de 21Ne « nucléogenique », avec un rapport 21Ne/4He de l'ordre de 5x10-8 dans les minéraux silicatés. Le rayon ionique du néon étant plus grand que celui de l'hélium, l'analyse dans différents type de minéraux des concentrations de 4He et 21Ne nous donne accès à un thermochronomètre de plus haute température que l'(U-Th)/He pour le même type de minéraux. Dans la publication « (U-Th)/Ne chronometry » en 2006, Gautheron et al. obtiennent effectivement par recoupement géologique une température de fermeture du néon dans le zircon de l'ordre de 400°C, température supérieure à celle de l'hélium (200°C). Cette étude ouvre donc de nouvelles perspectives d'application en sciences de la Terre. Dans le détail, l'âge (U-Th)/Ne s'obtient à l'aide de la formule suivante : Age Ne = FTHe/Ne x (21Ne/4He)m/(21Ne/4He)p x Age He Avec FTHe/Ne un facteur correctif à appliquer si le cristal est de taille finie, (21Ne/4He)m le rapport mesuré, (21Ne/4He)p le rapport de production (simulé à l'aide des valeurs des sections efficaces), et Age He, l'âge (U-Th)/He. Gautheron et collaborateurs (Gautheron et al., 2006) ont démontré la faisabilité de ce nouvel outil mais un important développement reste à faire. Pour mener ce projet à bien, nous proposons de l'axer sur : 1- la mesure des sections efficace de réaction 2- l'irradiation des minéraux et mesure des températures de fermeture 3- calibration avec des échantillons volcaniques d'âges et ou d'histoire thermique connus 4- application scientifique à la résolution de problèmes géologiques. Les mesures des sections efficaces s'effectueront à l'IPN Orsay en utilisant l'accélérateur Tandem. Ce nouveau type de mesure permettra de diminuer les incertitudes sur les valeurs des sections efficaces. Le rapport de production (21Ne/4He) sera mieux contraint et les âges (U-Th)/Ne plus précis. Cela apportera aussi des données très importantes en physique nucléaire. De plus, il est primordial de connaître les températures de fermeture du Ne dans les phases étudiées. Pour cela, nous allons effectuer des expériences de diffusion sur des minéraux préalablement enrichis en 21Ne par irradiation. Ces irradiations se feront ou se font au CERN ou TSL-Uppsala (spallation) et au Tandem à Orsay (réactions de basse énergie). Nous pourrons alors calibrer ce nouvel outil en utilisant des échantillons volcaniques d'âges connus et des échantillons où l'histoire thermique à déjà été calibrée par d'autres chronomètres ou thermochronomètres (Ar-Ar, (U-Th)/He, traces de fission). Il sera possible d'appliquer cette méthode de datation à des problèmes géologiques (nous proposons deux exemples). La publication récente « (U-Th)/Ne chronometry » en 2006, par 2 des auteurs du projet démontre la faisabilité de ce projet audacieux et innovateur qui permettrait au laboratoire IDES de devenir leader dans ce domaine. Ce projet regroupe des chercheurs de différents horizons scientifiques (physiciens nucléaires, géochimistes et géologues) possédant les qualités nécessaires à sa réussite. De plus, la participation de collaborateurs un...