Dissertations / Theses on the topic 'Méthode uranium-thorium'

La quantification des métaux traces dans les matrices organiques représente un challenge dans le domaine de la géochimie pétrolière afin d’étudier les corrélations huile-huile, huile source, et d’obtenir des informations concernant les migrations des hydrocarbures. Entre autre, l’estimation de l’âge d’expulsion des huiles brutes depuis la roche mère aura une implication importante pour la modélisation des systèmes pétroliers. Une nouvelle approche analytique a été développée, basée sur l’utilisation d’un laser IR-femtoseconde à haute cadence de tir couplé à une détection ICP-MS, afin de déterminer les teneurs en métaux traces dans les huiles brutes avec très peu de préparation d’échantillons préalable. Les limites de détection obtenues sont de l’ordre de la ppb. L’étude de l’uranium, du thorium et des rapports isotopiques du plomb dans les matrices pétrolières permet d’obtenir les informations suivantes : − Les huiles brutes sont très pauvres en uranium et en thorium (concentration < 1 ppb) comparé au plomb (10 ppb – 10 ppm), ce qui implique des rapports U/Pb and Th/Pb très faible (< 0,05). Ainsi, la détermination de l’âge d’expulsion à partir les huiles brutes est difficilement réalisable avec les isochrones U/Th/Pb classiquement utilisées, et nécessite donc de comparer les informations comprises dans les huiles brutes avec les kérogènes associés. − Les rapports isotopiques du plomb mesurés par ICP-MS multicollecteur, a permis de montrer le potentiel du système uranium/thorium/plomb pour l’estimation de l’âge d’accumulation des hydrocarbures
Trace metal quantification in organic matrices represents a challenge for organic geochemistry to study oil-to-oil correlation, oil-to-source correlation, or to obtain information on oil migration. Estimation of crude oil expulsion timing from the rock source will have an important implication for petroleum systems modelling. A new analytical approach using a high repetition rate IR-femtosecond laser coupled to an ICP-MS detection was developed, for the direct determination of trace elements in crude oil with limited sample preparation. Limits of detection in the range of the level were typically obtained. The study of uranium, thorium and lead isotopes in petroleum matrices gives the following information: − Crude oils are very low concentrated in uranium and thorium (concentration < 1 ppb) compared to lead (10 ppb – 10 ppm) i. E. Very low U/Pb and Th/Pb ratios (< 0,05). So the determination of crude oil expulsion time is hardly realizable with classical U/Th/Pb isochrones, and needs to be confronted to lead isotopes ratios obtained from source rocks and crude oils. − Lead isotopes ratios in crude oils and source rocks measured by multi-detection ICP-MS, shows the potential of the uranium/thorium/lead system for dating hydrocarbon accumulation

Le but de cette étude est d'apporter de nouvelles données chronologiques pour la transition Paléolithique moyen-Paléolithique supérieur tout en testant la limite supérieure de la méthode RPE/U-Th combinée. Des datations par U-Th sur des calcites permettent également d'obtenir des repères chronologiques précis. Enfin, une approche méthodologique est menée sur l'Abri Romani pour tenter de dater un échantillon sans connaître la dosimétrie externe. Les datations sur calcite et émail dentaire dans les sites de Toixonères, du Portel Ouest, de l'Arbreda et de l'Abri Romani permettent de définir une chronologie cohérente pour le Moustérien et le Paléolithique supérieur, cependant il existe une dispersion des âges pour l'Aurignacien archai͏̈que et le Moustérien final, déjà évoquée pour le radiocarbone. La méthode RPE/U-Th peut donc être appliquée jusqu'à des périodes très récentes (20 ka) cependant, la transition entre le Paléolithique moyen et le Paléolithique supérieur reste difficile à dater
The aim of this study is to bring new chronological data for the Middle-Upper Palaeolithic transition and in the same time, to test the upper limit of the combined ESR/U-series method. Speleothems are also analysed by U-series in order to obtain accurate chronological data. Finally, a new methodology based on isochrons is tested in the Romani Shelter in order to try to date tooth enamel when the external dosimetry can not be determined. Dating of tooth enamel and speleothems in the sites of Toixoneres, Portel Ouest, Arbreda and Romani Shelter gave us the opportunity to define a coherent chronology for the Mousterian and the Upper Palaeolithic. However, early Aurignacian and late Mousterian levels ages are spread apart. Finally combined ESR/U-series method may be used with a relatively good accuracy for recent periods (20 ka), however, the Middle-Upper Palaeolithic transition is difficult to date with the current dating methods

Les niveaux archéologiques de la grotte karstique du Lazaret ont été dates à partir des tissus osseux et dentaires prélevés sur trente mâchoires de cerf. L'influence des processus de fossilisation sur les résultats de datation a conduit à développer une méthode d'analyse sélective des données radiométriques. La méthode U-Th appliquée aux trois tissus (os, dentine, email) a mis en évidence une incorporation récente en uranium pour certains os et dentines de niveaux inférieurs du remplissage CII et de la perte d'uranium pour certains os des niveaux supérieurs CIII, elles sont les causes respectives de rajeunissement et de vieillissement des âges U-Th. Quant à la méthode ESR appliquée aux mêmes tissus, elle montre que la datation des ossements et dentines donne des âges trop jeunes. En effet, au cours de la fossilisation, la recristallisation et la carbonatation du minéral, clairement démontrées, auraient détérioré le signal ESR de datation (horloge). En revanche, l'analyse cristallochimique de l'email fossile réalisée par l'affinement Rietveld des diffractogrammes de poudre et de la décomposition des bandes d'absorption infrarouge, marque la grande stabilité de la phase minérale et témoigne de la fiabilité des résultats ESR obtenus. Dans les niveaux inférieurs, la stagnation des eaux d'infiltration ont eu pour conséquence de rajeunir les âges U-Th et ESR. Par la méthode ESR/ U-Th combinées, les paramètres de diffusion de l'uranium déterminés au sein de l'email, tendent à montrer que l’âge réel se situe entre les deux modes d'incorporation de l'uranium (eu, early uptake) et (lu, linear uptake). La chronologie proposée est la suivante: le niveau de l'ensemble CII ou le pariétal de l'enfant antenéandertalien du Lazaret a été découvert (locus VIII, couche VIII) est date a (170 20 kans) et les niveaux supérieurs de l'ensemble CIII a (130 15 kans) (fin du stade 6 - début du stade 5)

Nous avons ré-estimé le [delta]234U de l'eau de mer à 149. 6 ± 1œ (1SD). Nous avons évalué les [delta]234U des eaux interstitielles au niveau du récif aragonitique de Papeete à 150. 2 ± 3. 6œ (1SD). Le [delta]234U moyen des coraux de Tahiti à 148. 1 ± 1. 6 œ (1SD, n=78) est proche de la valeur de l'eau de mer et de celle des eaux interstitielles du récif de Tahiti. Les trois nouveaux forages déviés P8, P9 et P10 recouvrent chacun les 14,000 ans de construction récifale et nous permettent de reconstituer une enveloppe de la remontée relative du niveau de la mer. Les forages longs sont en accord pour mettre en évidence un événement abrupt à la fin du MWP-1A. Nous avons utilisé deux modèles en 2 et 3 dimensions. Les simulations nous suggèrent qu'il ne nous était pas permis de retrouver toute l'amplitude de cette accélération dans un seul forage. Au moment du MWP-1B le niveau de la mer n'a jamais dépassé le taux de croissance des coraux de Tahiti. Le niveau de la mer compte tenu de l'enveloppe proposée limite l'amplitude du MWP-1B à 5 mètres ce qui est significativement inférieur aux 12-14 mètres observés à la Barbade. Les coraux de la barrière de Papeete datés autour de 6,000 ans intègrent un haut niveau marin Holocène compte tenu de leur incertitude bathymétrique
The seawater [delta]234U has been re-estimated at 149. 6 ± 1œ (1SD). The Tahiti aragonitic reef interstitial waters [delta]234U has been evaluated at 150. 2 ± 3. 6œ (1SD). The average Tahiti corals [delta]234U is found at 148. 1 ± 1. 6 œ (1SD, n=78) close to the seawater and the reef interstitial waters values. Each of the three new deviated drills from Papeete P8, P9 and P10 display the last 14,000 years relative sea level rise. The long continuous cores are all in agreement for the MWP-1A abrupt event occurrence. We used two models (2 and 3D) which simulations suggest that this event could not have been entirely retrieved in a continuous drill. At the time of the MWP-1B, the sea level rise rhythm did not exceeded the Tahiti reef growth rate. The sea level envelope we propose constrains the MWP-1B amplitude at around 5 meters which is significantly smaller than the 12-14 meters from Barbados. The bathymetric uncertainties of the Papeete corals at 6,000 cal-yr-BP enable an Holocene sea level highstand

Les méthodes U-Th et ESR ont été utilisées afin de préciser le cadre chrono-stratigraphique de plusieurs gisements paléolithiques de Ligurie, de Wallonie et de Bourgogne. Ces différents sites ont en commun l'appartenance culturelle et technologique de certains de leurs niveaux au Moustérien et la présence, dans la majorité d'entre eux, de restes humains néandertaliens. La méthodologie employée a été conditionnée par la nature des matériaux disponibles sur chacun des sites étudiés. L’échantillonnage des sites ligures de Fate et de Colombo est ainsi exclusivement constitué de planchers stalagmitiques. Celui des grottes de Madonna dell’Arma et Walou est composé uniquement de dents de grands mammifères. Dans le cas de la grotte Scladina, seuls des ossements ont été analysés tandis que l’échantillonnage des sites de San Francesco était composé à la fois de dents, d’un ossement et de sédiments fluviatiles, à partir desquels des grains de quartz ont été extraits en vue de datations ESR
Two geochronological methods of dating, the U-series and ESR ones, were used in order to specify the chronostratigraphical framework of several paleolithic sites located in Liguria (Italy), Wallonia (Belgium) and Burgundy (France). All these sites show levels belong to the Mousterian cultural and technological complex and several of them have delivered neandertalian human remains. The used methodology was conditioned on each studied site by the nature of available materials. The sampling of the Liguria sites of Fate and Colombo is thus exclusively constituted by stalagmitic floors. Only large mammals teeth were carried out from the Madonna dell' Arma (Ligurie) and Walou (Wallonia) caves. In the case of the Scladina cave (Wallonia), bones were analyzed, while the sampling of open-area site of San Francesco (Ligurie) was constituted in the same time of teeth, bone and fluvial sediments, from which quartz grains were extracted for ESR dating

Cette thèse est consacrée aux grottes et aux dépôts souterrains du grand bassin karstique charentais de la Touvre, la deuxième source de France qui alimente Angoulême. Le premier objectif est de montrer que la série calcaire jurassique est affectée dans sa masse par le processus de fantômisation (altération isovolume) qui s’est produit pendant le Crétacé inférieur durant 45 millions d’années. Les preuves ont été apportées dans les carrières, les grottes et à partir des forages. La fantômisation de la roche explique la genèse des grottes labyrinthiques et permet d’expliquer que les grandes réserves aquifères sont contenues principalement dans la roche devenue poreuse (circulation très lente) et secondairement dans des conduits karstiques (circulation rapide). Cette conclusion est confirmée par l’analyse des courbes de tarissement de la résurgence qui suggère une mauvaise karstification. Le deuxième objectif est l’étude de deux grands remplissages détritiques situés dans les grottes de la Fuie et du Bois du Clos. L’étude géochimique, sédimentologique et minéralogique des dépôts a permis de caractériser les dynamiques hydro-sédimentaires et les conditions paléoenvironnementales, notamment entre les stades isotopiques marins 6 et 3, obtenus à partir des datations 14C et U/Th sur les stalagmites de la grotte du Bois du Clos. L’imagerie chimique par fluorescence X met en évidence des niveaux carbonatés, apportant une preuve supplémentaire de la spéléogenèse par fantômisation. Enfin l’étude comparée des séquences spéléologiques et archéologiques régionales rend compte du rôle des paramètres locaux et régionaux, mais aussi des facteurs globaux au niveau paléoclimatique
This PhD aims to study caves and subterranean karst infillings deposits from Charente (Touvre catchment) as a memory of past climate and environments. From the concept of site effect, the two studied caves (Bois du Clos and Fuie) show an original recording of the regional palaeoclimatic conditions of the Middle-Upper Pleistocene and of the Holocene. The prominent role of the ghost-rock processe during the long geological time of Lower Cretaceous (45 Ma) was demonstrated by the study of three quarries, drilling and the young cave of La Fuie. This alteration process explains the genesis of labyrinthic caves and also the complexity of the Touvre aquifer which supplies the city of Angoulême. Indeed the large water reserve is situated into the porous rock (slow drainage) while a small part is drained by the karst conduits (fast drainage coming from river losses). The geochemical, sedimentological and mineralogical studies of detrital infillings deposits into Bois du Clos and la Fuie allowed to characterize hydrosedimentary dynamics and palaeoenvironmental conditions between marine isotope stages 6 and 3, obtained by 14C et U/Th in speleothems of Bois du Clos cave. The microchemical imagery by X-ray fluorescence has highlighted the existence of some carbonated levels related to the process of speleogenesis by ghost rock and the major role of groundwater level fluctuations. The compared chronostratigraphic study of the regional speleological and archaeological sequences finally allowed reflecting the role of local and regional settings, as well as global parameters in palaeoclimate

L’abri Mochi et la grotte d’Arma delle Manie sont deux sites de Ligurie italienne. Ils ont été datés dans ce travail en utilisant deux méthodes de datation : l’U/Th et la RPE. Nous avons utilisé trois supports de datations : Des ossements, des dents et de la calcite. Pour l’abri Mochi, la couche moustérienne s’est déposée pendant le stade isotopique 3 aux alentours de 48,8 ka, puis nous avons eu le dépôt de la couche H et G au alentours de 42,5 à 41,5 ka, puis celui de la couche F et E à partir du stade isotopique 2. Pour la grotte d’Arma delle Manie, nous proposons la chronologie suivante : Début du remplissage de la grotte à la fin du stade isotopique. Dépôt de la couche VII pendant le stade isotopique 4 entre 60 et 46 ka Dépôt de la couche VII et V au milieu du stade isotopique Dépôt de la couche IV au environs de 40 ka Dépôt de la couche III à partir de 36 ka à 37 ka pour s’achever vers 32 ka Dépôt de la couche II à la fin du stade isotopique 3,1 aux environs de 30ka. Nous avons également essayé de replacer nos sites datés dans la transition Moustérien/Paléolithique supérieur. Dans l’abri Mochi, la transition a pu se faire aux alentours de 42,1 à 40 ka au milieu du stade isotopique 3, pour la grotte d’Arma delle Manie, cette transition c’est probablement produite plus tardivement vers le stade isotopique 3,1 à approximativement 30 à 32 ka
The Mochi shelter and the cave d’Arma delle Manie is two sites of Italian Ligurie. They were dated in this work by using two methods of dating: l’U/Th and the ESR. We used three supports of dating : Bones, teeth and deposit carbonates. For Mochi shelter , the layer mousterian is deposited during the isotopic stage 3 in the neighbourhoods of 48,8 ka, then we have the deposit of the layer H and G in the neighbourhood from 42,5 to 41,5 ka, then that of the layer F and E starting from the isotopic stage 2. For the cave d’Arma delle Manie, we propose the following chronology: Beginning of the filling of the cave at the end of the isotopic stage Deposit of layer VII during the isotopic stage 4 between 60 and 46 ka Deposit of layer VII and V in the medium of the isotopic stage Deposit of layer IV with the surroundings of 40 ka Deposit of layer III starting from 36 ka with 37 ka for finish towards 32 ka Deposit of layer II at the end of the isotopic stage 3,1 with approximately of 30ka. We have also to try to replace our sites dated in higher the Moustérien/Upper Paléolithic transition. In Mochi shelter , the transition was made in the neighbourhoods from 42,1 to 40 ka in the medium of the isotopic stage 3 could be done, for the cave d’Arma delle Manie, this transition had probably produced more tardily towards the isotopic stage 3,1 to roughly 30 to 32 ka

Les calcrètes sont des formations continentales superficielles carbonatées qui peuvent s'étendre sur de vastes domaines géographiques dans les régions à climat aride et semi-aride, et constituer des marqueurs stratigraphiques d'une grande importance en géologie du Quaternaire. Le but de cette étude était de comprendre la genèse des calcrètes de la zone semi-aride de l'Inde péninsulaire et d'obtenir des repères chronologiques par datations Uranium-Thorium afin de déterminer leur potentiel comme enregistreurs des variations paléoenvironnementales. Nous avons mis en évidence que les profils à calcrètes formés sur le socle précambrien se sont mis en place de manière polyphasée par une évolution complexe associant des processus biologiques, colluviaux et géochimiques. L'altération des roches métamorphiques locales riches en minéraux calciques constituant la principale source du Ca. La datation des calcrètes par la systématique U-Th a montré que la méthode des isochrones était la plus appropriée pour ce type de carbonates impurs. Les âges obtenus, compris entre 300 et 44 ka, pour les différentes phases de calcrétisation soulignent le rôle du relief des Ghâts qui " tamponne " les effets de la mousson du SW, et qui a permis le maintien de conditions favorables à la mise en place et à la préservation de calcrètes
Calcretes are carbonated surface continental formations particularly widespread in arid and semi-arid area which may constitute stratigraphic markers in Quaternary geology. The goal of this study was to understand the genesis of the calcretes and to constrain the timescales of their evolution by the Uranium-Thorium dating method in order to determine their potential for paleoenvironmental reconstruction in the semi-arid zone of peninsular India. We highlighted that the calcrete profiles formed on the Precambrian basement were set up in a multi-stages way by a complex evolution associating biological, colluvial and geochemical processes. The weathering of the local metamorphic rocks with Ca-rich minerals constitutes the main source of Ca. The dating of the calcretes by the U-Th systematic showed that the isochrones method was adapted for this type of impure carbonates. The ages obtained, ranging between 300 and 44 ka, for the various phases of calcretisation underline the role of the western Ghâts which lessens the effects of the SW monsoon, and allows the sustain of favourable conditions to the formation and the preservation of calcretes

L'apport de contraintes chronologiques absolues sur les différents évènements et processus qui ont modelé la Terre constitue un des défis majeurs dans de nombreux domaines des sciences de la terre et de l'environnement. C'est en particulier le cas pour les bassins sédimentaires qui jouent un rôle économique majeur en étant sources d'importantes ressources naturelles, en particulier en hydrocarbures. L'objectif de cette thèse est de développer la datation absolue des minéraux secondaires carbonatés par la méthode U-Pb. Ces minéraux, quasi ubiquistes dans les réservoirs, témoignent des processus diagénétiques, tectoniques et des circulations fluides qui ont affecté ces systèmes. Au cours de cette thèse, plusieurs développements méthodologiques ont été mis en œuvre avec pour objectifs de repousser les limites de la méthode U-Pb. Des techniques d’analyses innovantes, comme le couplage ablation laser/SF-ICP-MS ou la sonde ionique, ont été testées et ont permis d’accroître de plusieurs ordres de grandeur la résolution spatiale des analyses U-Pb. Ces méthodes, couplées à la méthode plus classique de dilution isotopique ont été appliquées avec succès dans différents contextes d’exploration pétrolière permettant notamment d’apporter des contraintes temporelles sur des éléments clés du système pétrolier, comme le timing de la création/préservation du réservoir ou encore de la migration des hydrocarbures. Les différents résultats obtenus ont permis de dresser une synthèse des contextes les plus favorables à l’application de la méthode U-Pb, et de donner ainsi une vision d’ensemble du potentiel de la datation U-Pb sur carbonates secondaires appliquée aux réservoirs pétroliers
Absolute chronological constraints on the different events and processes that have shaped the Earth constitute a major challenge in numerous realms in Earth and Environmental sciences. In particular this is the case for sedimentary basins that play a major economic role as being source of important hydrocarbon resources. The objective of this thesis is to develop absolute uranium-lead dating methodology on secondary carbonate minerals. This ubiquitous mineral phase in petroleum reservoirs testifies their complex geodynamic and diagenetic histories. In this study, several developments were implemented in order to circumvent the limits of U-Pb methodology. Innovative analysis techniques such as laser ablation coupled with SF-ICP-MS or ion probe were tested to increase the spatial resolution of the U-Pb analysis by several orders of magnitude. These methodologies coupled to the more traditional isotope dilution was successfully applied in different oil exploration context allowing to bring absolute constraints on key diagenetic events such as creation/preservation of reservoir properties or hydrocarbon migration. The results obtained during this study allowed to draw a synthetic model of the most favorable contexts for U-Pb method and gives an overview of the U-Pb dating potential to secondary carbonates applied to petroleum reservoirs

Deux grottes, Goa Tabuhan et Song Terus, près de Pacitan (Java, Indonésie) riches en matériel archéologique et paléontologique en place ont été étudiées. Des datations par U-Th et RPE, liées à une étude du remplissage, ont permis de définir un cadre chronologique. Les industries "Terus" sont les plus anciennes de la grotte de Song Terus et sont datées d'environ 300 ka. Les niveaux archéologiques "Tabuhan" ont été datés entre 30 et 80 ka. Lors des calculs d'âges RPE, l'environnement sédimentaire de l'échantillon a été modélisé afin de déterminer la dose externe. Les niveaux "Keplek" marqués par la présence d'Homo sapiens sont holocènes. Enfin, la datation d'un spéléothème a mis en évidence un dépôt des remplissages karstiques dès le Pléistocène Moyen. L'ensemble de ces résultats montre la possibilité de trouver, dans cette région, des niveaux correspondant à la période de transition entre Homo erectus et Homo sapiens
Two caves in Pacitan area (Java,Indonesia), Goa Tabuhan and Song Terus, rich in archaeological and palaeontological material have been studied. The application of U-series and ESR methods, combined with a study of the sedimentary filling, allows us to define a chronological framework for the geological and archaeological levels. The "Terus" lithic industry are the oldest of the Song Terus cave and are dated to 300 ky. The "Tabuhan" archaeological levels are dated from 30 to 80 ky. To apply ESR method, it was necessary to modelize the sedimentary surrounding of the sample in order evaluate the external dose rate. The "Keplek" levels which contain many artefacts associated with an human burial are Holocene aged. Finally, the dating of a stalagmitic flowstone, provide evidence of Middle Pleistocene age for the karstic fillings (more than 300 ky). These results obtained indicate the possibility in this area of finding levels corresponding to the Homo erectus-Homo sapiens transition

La grotte de Karaïn (Turquie) représente une plaque tournante entre l'Anatolie, le Proche-Orient et l'Europe. Elle comprend une séquence allant du Paléolithique inférieur au Paléolithique supérieur. Notre principal objectif était de dater systématiquement des objets géologiques par les méthodes des séries de l'uranium (U-Th) et la résonance de spin électronique (ESR). L'âge des dents des grands mammifères déterminé par la méthode ESR a été affiné par analyse U-Th sur la dent totale. L'interprétation des résultats globaux indique la présence de Cervidés et de Bovidés entre 200 ka et 30 ka. L'étude d'une stalagmite issue des couches supérieures du remplissage archéologique montre que la première présence humaine date du stade isotopique 5. Les résultats obtenus sur les concrétions stalagmitiques trouvées lors de la fouille montrent que leur formation date des stades isotopiques 7 et 5 à l'exception d'un plancher très ancien contemporain du stade isotopique 11. Par analogie, des travertins d'Errachidia (Maroc) ont été étudiés. La contemporanéité de toutes ces concrétions valide le concept que les variations climatiques se réalisent à une échelle globale
The Karaïn cave (Turkey) represents a hinged plate between Anatolia, the Middle East and Europe. It includes a sequence going from the Lower Palaeolithic to the Upper Palaeolithic superior. Our main aim was to date systematically geological objects by the methods of the uranium-series (U-Th) and the electronic spin resonance (ESR). The age of teeth of the big mammals determined by method ESR was refined by analysis U-Th on the total tooth. The interpretation of the total results indicates the presence of Cervidae and Bovidae between 200 ka and 30 ka. The study of a stalagmite in the upper sequences of the archaeological filling, shows than the first human presence dates from the isotopic stage 5. The results obtained on the stalagmitic concretions discovered during excavation show that their formation dates from the isotopic stages 7 and 5 except for an ancient floor contemporary of the isotopic stage 11. By analogy, travertines of Errachidia (Morocco) were studied. The contemporaneity of all these concretions validates the concept which the climatic variations are carried out on a total scale

Cette thèse présente les résultats d’une étude de la mobilité de l’hydrogène dans l’andradite entre 400 et 700°C et dans le zircon entre 800 et 1100°C. Contrairement à ce qui est généralement observé dans ce type d’expériences, il n’a pas été possible de remplacer par du deutérium tous les hydrogènes présent dans la structure cristalline sous la forme de défauts ponctuels. A la fin de l’échange 15% à 35% des H dans l’andradite et 25% à 40% des H dans le zircon restent présent. Cependant, un état d’équilibre étant atteint, nous avons pu déterminer les lois de diffusion relative à ces échanges. L’énergie d’activation est comparable à l’énergie d’activation de diffusion de l’hydrogène dans le grossulaire (102 kJ/mol), mais avec une diffusion deux ordres de grandeur plus rapide. Nos résultats montrent que la composition joue un rôle majeur sur la diffusion d’hydrogène dans la série grossulaire-andradite et celle-ci doit impérativement être prise en compte dans toute interprétation des données de δD dans les grenats. Dans le zircon, la diffusion de l’hydrogène est anisotrope, avec une diffusion selon [001] légèrement plus rapide que celle selon [100] et [010]. Le zircon est le MNA qui a la diffusion d’hydrogène la plus lente et qui présente la plus forte énergie d’activation. Lors des expériences d’échange H-D le zircon incorpore également du deutérium parallèlement à la réduction de l’uranium présent dans la structure en suivant la réaction d’hydratation U5+ + OH- = U4+ + O2- + 1/2H2. La cinétique d’incorporation associée est très légèrement plus lente que la cinétique d’échange H-D, suggérant que l’incorporation est ici limitée par la mobilité de l’hydrogène
The hydrogen mobilities in andradite and zircon were investigated by performing H-D exchange experiments under ambient pressure in a horizontal furnace flushed with a gas mixture of Ar/D2(10%). The temperature range investigated was 400˚C-700˚C for andradite and 800˚C-1100˚C for zircon. At contrary to the same type of experiments performed in NAMs, it was not possible to replace all hydrogen atoms in the structure by deuterium, 15% to 35% for andradite and 25% to 40% for zircon of OH remaining after completion of the exchange. However, a steady-state equilibrium was reached at the end of the experiments and it was possible to determine the diffusion law of the exchange process. The activation energy is similar to those of hydrogen diffusion in grossular, but the diffusivity is more than 2 orders of magnitude faster. Our results demonstrate that, composition has a major effect on H diffusion and it must be considered in any discussion of δD signatures in garnets. In zircon, hydrogen diffusion is anisotropic, slightly faster along [001] than along [100] and [010]. H diffusion in zircon has much higher activation energy and slower diffusivity than other NAMs. During H-D exchange zircon incorporates also deuterium. For the first time, the hydration reaction U5+ + OH- = U4+ + O2- + 1/2H2, involving uranium reduction is observed. The kinetics of deuterium incorporation is just slightly slower than hydrogen diffusion, suggesting that the reaction is limited by hydrogen diffusion. It confirms that hydrogen isotopic memory of zircon is higher than other NAMs. Zircons will be moderately retentive of H signatures at mid-crustal metamorphic temperatures

En Europe de l’Ouest, le Pléistocène supérieur est caractérisé par la présence d’Homo neanderthalensis, au Paléolithique moyen, et par l’arrivée des populations d’Homo sapiens entre 45 ka et 30 ka, qui marque le début du Paléolithique supérieur. La présence des néandertaliens a été rapportée dans plusieurs sites localisés dans le Jura Souabe (Allemagne) et dans les vallées de la Saône et du Rhône (France). Ces régions ont également livré les vestiges parmi les plus anciens attribués aux Homo sapiens. L’établissement du cadre chronologique de sept sites majeurs situé dans ces trois zones géographiques représente donc un grand intérêt dans l’étude des comportements humains et des voies de migration durant cette période-clef de l’évolution humaine. Pour cette période, l’application contrainte par la mesure d’une faible dose équivalente, liée principalement à la teneur en uranium peu élevée dans les tissus dentaires et au temps d’enfouissement des dents fossiles dans les sédiments. L’emploi de la spectrométrie de masse couplée à un plasma inductif (ICPMS) pour la mesure de la teneur en uranium et des rapports isotopiques est donc privilégié pour calculer les débits de dose relatifs aux tissus dentaires. Par conséquent, la dose annuelle dépend principalement de la contribution gamma. La dose cosmique, généralement faible, peut représenter, dans le cas de sédiments peu actifs, jusqu’à plus de 40 % de la dose annuelle. Les résultats des datations par ESR/U-Th sont en accord avec les âges obtenus par radiocarbone pour les niveaux aurignaciens souabes, confirmant la présence ancienne des Homo sapiens dans cette zone, dès 40-35 ka. Les niveaux du Paléolithique moyen ont été datés entre 100 ka et 40 ka ; ceci suggère une persistance des occupations néandertaliennes durant le MIS 3 dans ces trois régions, pouvant être contemporaines des premières manifestations du Paléolithique supérieur en Europe de l’Ouest
In Western Europe, the Upper Pleistocene is characterized by the presence of Homo neanderthalensis during the Middle Palaeolithic, and by the arrival of Homo sapiens between 45 and 30 ka, which corresponds to the beginning of Upper Palaeolithic. The presence of Neanderthals has been documented in several sites located in the Swabian Jura (Germany) and in the Saone and Rhone valleys (France). These regions also provided among the most ancient remains attributed to Homo sapiens. The establishment of the chronological framework of seven major sites situated in these three geographical zones represents therefore a great interest in the study of this key-period for Human Evolution. For this period, the application of ESR/U-Th dating in karstic context is constrained by the measurement of low equivalent dose, due to very low uranium content in dental tissues and burial time of the fossil teeth in sediments. Inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) was used for the measurements of uranium content and isotopic ratios in order to calculate the dental tissues dose rates. Consequently, the annual dose depends mainly on gamma dose rate. The cosmic dose rate, whose contribution is usually low, can represent, in case of low radioactivity in the sediment, more than 40% of the annual dose rate. The results of ESR/U-Th dating are in agreement with radiocarbon ages obtained on Early Aurignacian layers in Swabian Jura, confirming the early presence of Homo sapiens in this area, as soon as 40-35 ka. The Middle Palaeolithic layers, have been dated between 100 ka et 40 ka; it suggests a persistence of the Neanderthal occupations during MIS 3 in these three regions, which could be contemporaneous with the first manifestations of Upper Palaeolithic in Western Europe

La monazite est présente comme minéral accessoire dans la plupart des environnements géologiques. Elle est souvent riche en U et Th, n’incorpore pas (ou peu) de Pb initial et son système isotopique (U-Th-Pb) est résistant à la diffusion dans la majorité des conditions crustales, ce qui en fait un chronomètre très attractif. De plus, elle constitue la principale source de Th et une des principales sources de terres rares (REE) contenus dans la croûte terrestre. En présence de fluide, la monazite peut recristalliser par un processus de dissolution-précipitation couplée, avec une composition chimique et/ou isotopique différente de la monazite initiale. Ces recristallisations impliquent alors une redistribution des éléments contenus par la monazite (REE, Th, U, Pb) et la compréhension de la mobilité de ces éléments stratégiques est cruciale pour leurs aspects économiques (ressources en lanthanides et actinides) et environnementaux (contexte de stockage des déchets).Cette thèse vise à étudier le comportement de la monazite lors des interactions fluide-monazite et son potentiel comme traceur chronomètre et traceur géochimique des minéralisations hydrothermales. Pour cela une approche pluridisciplinaire a été adoptée, combinant minéralogie, pétrologie expérimentale, géochronologie, et tectonique. Les travaux présentés s’organisent en deux parties: l’une concernant la datation de monazites hydrothermales de fentes alpines, et l’autre des expériences d’altérations hydrothermales en laboratoire.Une quarantaine de cristaux de monazite et une dizaine de cristaux de xénotime ont été collectés dans des fentes alpines (veines hydrothermales se formant durant l’exhumation) des domaines externes (Argentera, Belledonne et Mont-Blanc) et internes (zone Briançonnaise). La datation U-Th-Pb in-situ par LA-ICP-MS a permis de mieux contraindre l’âge et la durée des circulations hydrothermales pendant les épisodes de déformation tardifs liés à l’exhumation des Alpes occidentales. Les analyses d’inclusions fluides dans la monazite couplées à des âges traces de fission sur zircons ont apporté de nouvelles contraintes sur le gradient géothermique induit par les circulations fluides dans les veines hydrothermales. L’analyse systématique des produits expérimentaux (monazite et fluide) de 18 expériences hydrothermales a permis de confirmer la mobilité des éléments comme l’uranium ou les terres rares lourdes lors des réactions hydrothermales. L’étude à l’échelle nanométrique des domaines de monazite recristallisée a mis en évidence un nouveau mécanisme de remplacement caractérisé par la propagation du front de réaction à l’aide de nano-pores et nano-fractures. Ce mécanisme conduit à un remplacement anisotrope et à un mélange de nano-domaines de monazite primaire et recristallisée. Ces observations ont des implications majeures pour le stockage des déchets radioactifs ou en géochronologie pour expliquer les perturbations des âges monazites ayant réagi avec un fluide dans les milieux hydrothermaux ou métamorphiques
Monazite is commonly found in most of geological environments. Monazite can be rich in uranium and thorium, does not incorporate lead, and its isotopic (U-Th-Pb) system is very robust to diffusion in most of crustal conditions, which makes it a very attractive chronometer. In addition, it represents the main source of thorium and a major source of rare earth elements (REE), in the crust. During fluid-monazite interaction, monazite can recrystallize by a coupled dissolution-precipitation process, with a chemical/isotopic composition different from the initial monazite. These recrystallizations involve a redistribution of the elements contained in monazite (REE, Th, U, Pb) and understanding of the mobility of these strategic elements is crucial for their economic (lanthanides resources and actinides) and environmental (storage of radioactive waste) aspects.The aim of this thesis is to investigate the behaviour of monazite during fluid-monazite interactions and its potential as chronometer and geochemical tracer of fluid mineralization, via a multi-disciplinary approach including mineralogy, experimental petrology, geochronology and tectonic. The work presented here is organized in two parts: one on Alpine hydrothermal monazite dating and the other on the results of hydrothermal alteration experiments in laboratory.About forty monazite and ten xenotime crystals were collected in Alpine clefts (hydrothermal veins formed during exhumation) of the external (Argentera, Belledonne, Mont-Blanc) and the internal (Briançonnais Zone) domains. The LA-ICP-MS in-situ U-Th-Pb dating allowed to better constrain the age and duration of hydrothermal circulation during the late deformation stages related to the exhumation of the western Alps. The fluid inclusion analysis of monazite crystals coupled with zircon fission-track dating have brought new constrains on the geothermal gradient induced by fluid circulations in the hydrothermal veins. Systematic analysis of experimental products (monazite and fluid) of 18 experiments confirmed the mobility of elements such as uranium or heavy REE during hydrothermal reactions. The nanoscale study of monazite recrystallized domains showed a new replacement mechanism characterized by the propagation of the reaction front through nano-pores and nano-fractures. This mechanism leads to anisotropic replacement and a mixture of nano-domains of primary and recrystallized monazite. These observations have major implications for the storage of radioactive waste or in geochronology to explain the disturbances of monazite ages that have reacted with fluid in hydrothermal or metamorphic environments

Une première partie de cette thèse est méthodologique: elle vise à améliorer la thermochronométrie (U-Th-Sm)/He sur apatite et les modèles de diffusion actuels. Nous avons étudié le cas du Massif Armoricain (France), et celui des Alpes Suisses. Nos travaux montrent que la rétentivité en hélium des apatites est plus élevée que prévu par les modèles traditionnellement utilisés. Une approche statistique comprenant des algorithmes d'apprentissage montre que la composition chimique des grains ne semble pas jouer sur la rétentivité des apatites en hélium. Le principal paramètre contrôlant la dispersion des âges hélium est l'état d'endommagement des cristaux. Nous proposons une approche de physique/minéralogie expérimentale pour le caractériser à l'échelle nanométrique. Dans la dernière partie de la thèse, nous avons appliqué la méthode (U-Th-Sm)/He sur apatite au cas de la marge algérienne. Nous mettons en évidence une phase majeure de dénudation dans la région des Petites Kabylies au cours du Tortonien. Cette phase marque probablement le début de l'inversion de la marge, bien plus précocement que suggéré jusqu'alors
The first part of the thesis aims at improving the methodology and the models involved in apatite (U-Th-Sm)/He thermochronology. For this purpose, we studied two geological cases: the Armorican Massif (France) and the Swiss Alps. Our work suggests that apatite helium retentivity is higher than predicted in traditional models. A statistical approach using machine learning algorithms evidences that the apatite chemical composition of grains does not influence helium retentivity. The key parameter is the parent radionuclide and the crystal damage contents. We suggest an experimental procedure in order to characterize damage in apatite at the sub-micrometer scale. In the last part of the thesis, we applied the (U-Th-Sm)/He method to the Algerian Margin. We evidenced a major denudation phase in Petite Kabylie ("Lesser Kabylia") during the Tortonian times. This phase likely corresponds to the initiation of the margin inversion, earlier than previously suggested

Différents corps métamorphiques et magmatiques dans leLlimousin et dans les Pyrénées orientales ont été datés par la méthode u/pb à la microsonde ionique et 4 0ar/ 3 9ar sur monograin. Les résultats permettent d'avancer de nouvelles idées sur l'évolution orogénique de ces segments de la chaîne varisque. 1. Pyrénées orientales. L'orthogneiss de canigou-caranca a été daté par la méthode u/pb à la microsonde ionique sur zircons selectionnes. Les âges 2 0 6pb/ 2 3 8u des trois echantillons analyses varient entre 460 et 500 ma. Cet âge invalide le modèle classique de disposition en socle et couverture des séries métamorphiques. 2. Limousin. Le protolithe de la leptynite de vergonzac qui fait partie de l'unité supérieure des gneiss, a été daté à 525 6 ma (u/pb sur zircons a la microsonde ionique). Cet âge est compatible avec les âges des autres unités métamorphiques du Limousin. La mise en place du leucogranite péralumineux de blond a été datée à 319 7 ma (u/pb sur zircons a la microsonde ionique). Les âges 4 0ar/ 3 9ar sur muscovites de cette intrusion varient entre 311 et 306 ma. Ils sont interprétés non pas comme des âges de refroidissement, mais comme caractérisant une activite magmatique et hydrothermale importante. Les granitoides sous couverture du seuil du Poitou ont donné des âges 4 0ar/ 3 9ar sur biotites et amphiboles entre 350 et 345 ma. Une modélisation numérique a permis de les interpréter en termes de refroidissement et d'exhumation. Les minéralisations a w et sn de moulin-barret et de puy-les-vignes ont fourni des âges de 324 ma, ce qui implique l'existance d'un épisode de minéralisations au namurien. Une synthèse de tous les résultats permet de proposer une exhumation et une extension tardi-orogenique précoce, respectivement vers 340 ma et 320 ma. 3. Méthodologie. Quelques réflexions sur la calibration des analyses u/pb à la microsonde ionique sont proposées. La forme des spectres d'âge 4 0ar/ 3 9ar, leur signification en termes d'âge et l'interprétation des âges 4 0ar/ 3 9ar sont abordées.