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Etude géochimique et rhéologique des cherts - Morgane LEDEVIN

par Morgane LEDEVIN - 2 avril 2013 ( dernière mise à jour : 19 juin 2013 )


Sujet de thèse : Etude géochimique et rhéologique des cherts de la Ceinture de Roches Vertes de Barberton, Afrique du Sud (3,5-3,2 By) : Conditions d’apparition de la vie sur Terre.

Encadrants : Alexandre Simionovici, Nicholas Arndt

Date de soutenance : 06/06/2013.

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Résumé :

Les conditions physico-chimiques régnant sur la terre primitive étaient très différentes des conditions actuelles : en raison d’une atmosphère sans oxygène libre et riche en gaz effet de serre (CO2, CH4), les eaux océaniques étaient relativement réduites, acides et chaudes (jusqu’à plus de 60C). Elles étaient également très riches en silice, en partie grâce l’absence d’organismes constructeurs de test. Ces conditions spécifiques se traduisent par la formation massive de cherts, roches sédimentaire siliceuses particulières l’Archéen. Les séries volcano-sédimentaires de la ceinture de roches vertes de Barberton, Afrique du Sud (3.5-3.2 Ga) montrent d’épaisses séquences de cherts en association courante avec des roches volcaniques silicifiées.

La formation des cherts met en jeu deux processus :
(1) soit une précipitation chimique depuis des fluides enrichis en silice (eau de mer ou fluides hydrothermaux) sur le plancher océanique ou dans les fractures de la croute : cherts primaires ;
(2) soit une silicification de roches volcaniques ou sédimentaires préexistantes par circulation et percolation de ces fluides dans les séries déjà en place : cherts secondaires.

La composition des cherts archéens est fortement contrôlée par la chimie des fluides impliqués. A l’inverse, de nombreuses études se basent sur l’étude chimique des cherts pour retrouver les compositions et températures des océans archéens, et comprendre ainsi les conditions d’apparition de la vie sur Terre. Il est cependant indispensable de savoir distinguer les différents types de chert et de comprendre leur mode de formation pour pouvoir interpréter leurs compositions chimiques en termes de composition de fluides : s’agit-il de fluides océaniques ou hydrothermaux ? Est-ce qu’un fractionnement a pu modifier la composition isotopique du chert lors de sa formation ? Est-ce que la diagénèse et l’altération modifient la composition des cherts ?

Pour répondre cette problématique majeure, j’utilise des observations pétrologiques, rhéologiques et géochimiques sur les cherts de Barberton afin de : fournir les marqueurs indispensables la reconnaissance des différents types de cherts comprendre les processus chimiques en jeu et les variations compositionnelles lors de leur formation retrouver la nature des fluides impliqués et leurs caractéristiques chimiques Les premiers résultats montrent qu’une approche géochimique seule n’est pas suffisante pour distinguer les cherts, et qu’un couplage des observations microscopiques fines, ainsi qu’une bonne compréhension du contexte géologique local sont nécessaires. Néanmoins, nous montrons que les cherts primaires ont un signal chimique différent des cherts secondaires, qui gardent des traces, quoiqu’infimes, du protolite.

La seconde partie de l’étude porte sur la pétrologie et la rhéologie des cherts Barberton : les observations macro-et micro-structurales sont utilisées pour comprendre le comportement physique précoce des cherts, la précipitation de la silice, et les processus de silicification. Des observations de terrain ont révélé un comportement rhéologique complexe, avec des déformations ductiles fragiles, parfois les deux dans une même couche de chert, des processus extrêmement rapides de diagénèse et d’induration, et certains éléments montrent la présence d’une phase de silice collodale précoce.

Pour comprendre la formation des cherts primaires et secondaires, des analyses haute résolution sont en cours afin d’obtenir une corrélation étroite entre la répartition des éléments et les microstructures (RAMAN, microfluorescence X-Ray, cathodoluminescence, synchrotron). En parallèle, la même étude pétrologique et géochimique est appliquée des analogues modernes des cherts : des produits chimiques siliceux précipités dans les lacs volcaniques modernes (Kenya, Nouvelle-Zélande). Les signatures géochimiques et isotopiques des cherts Archéen et modernes seront ensuite utilisées pour comprendre les processus de fractionnement lors du transfert de la silice depuis les fluides vers les roches, nous permettant ainsi d’interpréter les compositions des cherts archéens en termes de conditions physico-chimiques régnant sur le plancher océanique lors de l’apparition de la vie sur Terre.







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