Géochronologie U-Pb

La désintégration radioactive

La méthode de datation U-Th-Pb se base sur le phénomène de désintégration radioactive de l’uranium et du thorium et de leurs noyaux fils aboutissant ultimement à la formation de différents isotopes du Plomb. Les chaines de désintégration du 238U, 235U et 232Th sont formées par une succession de désintégrations produisant des noyaux fils intermédiaires. Les périodes de demi-vie de ces différents éléments fils sont très inférieures à celles des éléments pères. L’interprétation des produits de cette chaine de désintégration nécessite que le système se trouve à l’équilibre séculaire. Une chaine de désintégration est à l’équilibre séculaire lorsque, le produit de l’abondance d’un isotope et de sa constante de désintégration est égal pour chaque couple d’élément désintégration d’un atome de 238U donnera lieu à la production d’un atome de 206Pb. L’équilibre séculaire du système peut être perturbé par l’ouverture du système et la perte d’un élément appartenant à la chaine de désintégration. La perte d’éléments ayant des demi-vies très faible n’impactera que peu la mesure de l’âge géochronologique.

par l’ordonnée à l’origine représente la quantité de plomb au moment de la fermeture du système normalisé au 204Pb stable, t est le temps écoulé depuis la fermeture du système et λ, la constante de désintégration associée à l’isotope père. Le plomb non radiogénique contenu dans le minéral au moment de la fermeture du système est appelé plomb commun. Différents échantillons provenant de la cristallisation d’un même magma auront des quantités de plomb commun identiques (206-207-208Pb/204Pb)0 mais des compositions en uranium (235-238U/204Pb) variables et seront alignés selon une droite horizontale. Si lesystème évolue en système fermé, ces deux rapports vont évoluer ensemble et les échantillons s’aligneront selon une droite de pente (eλt-1).

La datation U-Pb sur zircon

La méthode U-Pb sur zircon se base sur l’utilisation de différents géochronomètres (cf. équations). Les zircons du fait des propriétés de leur réseau cristallin incorporent du plomb de façon négligeable lors de leur cristallisation. Le plomb commun est donc considéré comme nul et les équations ci-dessus peuvent donc s’écrire sous la forme Plusieurs façons de représenter les données U-Pb sur zircons existent. Le diagramme Concordia (Wetherill, 1956) est un diagramme ou est représenté le rapport 235U/237Pb en fonction du rapport 238U/236Pb. La courbe Concordia est dessinée par l’ensemble des zircons pour lesquels les rapports 235U/237Pb et 238U/236Pb correspondent à un même âge (Fig. 7). Elle représente les zircons qui ont évolués en système fermé depuis leur cristallisation. Les points de mesures qui ne tombent pas sur la courbe Concordia représentent des zircons ayant subis une réouverture du système. Pour un même système géologique, les points qui ne tombent pas sur la courbe Concordia sont dit discordants et s’alignent selon une droite passant par l’origine, appelée Discordia (Fig. 8). La Discordia recoupe la Concordia en deux points. L’intersection supérieure correspond à l’âge de cristallisation du protolite et une intersection inférieure qui correspond à l’âge de réouverture du système isotopique.

Les âges discordants sont généralement le résultat d’une perte en plomb pendant une phase de réchauffement ou d’hydrothermalisme postérieur au dépôt ce qui entraine une perte de plomb (Fig. 8). Une perte en plomb peut aussi être simplement le résultat de la diffusion du plomb, facilitée par la présence de traces de fission et de défauts de reculs. Ce processus n’est efficace que pour des températures faibles (<~250°C) auxquelles ces dommages ne sont pas cicatrisés. Un âge peut aussi être discordant si l’analyse a été effectuée sur des parties du minéral héritée et néoformées, ce qui entraine la mesure d’un âge mixte. La discordance d’un âge est généralement mesurée par un pourcentage de discordance calculé selon la formule suivante.

Un âge est considéré comme discordant quand le pourcentage de discordance dépasse une valeur fixe en pourcent. Cette limite est arbitraire et peut-être discutée en fonction de l’étude que l’on veut réaliser pour ne pas éliminer de l’étude des grains qui pourraient présenter un intérêt. Les zircons les plus anciens seront plus susceptibles aux pertes de plomb à cause de l’accumulation des défauts de recul liées aux désintégrations de l’uranium. Les zircons les plus anciens sont aussi ceux où l’on a le plus de chance de mesurer des âges mixtes et donc discordants. La discordance des âges peut aussi être reliée à la précision de la mesure des rapports isotopiques, dans le cas de grains qui ont une très faible teneur en uranium ou pour les grains les plus jeunes les teneurs en plomb peuvent être très faibles ce qui a pour effet d’augmenter l’erreur sur la mesure.