Sujet de thèse :

Origine du carbone des carbonatites : contraintes apportées par les systématiques courtes périodes ¹⁴⁶Sm-¹⁴²Nd et ¹⁸²Hf-¹⁸²W

Résumé :

Les carbonatites sont des roches magmatiques relativement rares, pauvres en SiO₂ et constituées en majorité de carbonates. Malgré leur minéralogie atypique par rapport à la majorité des roches magmatiques, l’origine mantellique des carbonatites n’est plus remise en cause et s’appuie sur des preuves géochimiques, pétrographiques et expérimentales (Hoernle et al., 2002 ; Doucelance et al., 2010 ; 2014 ; Mourtada et al., 1997).

Différents auteurs ont démontré qu’il était possible d’obtenir des liquides magmatiques carbonatés par fusion d’un mélange péridotite + CO₂ (forstérite + diopside + CO₂ = dolomite + enstatite) (Wyllie and Huang, 1976 ; Eggler, 1978 ; Wallace and Green, 1988 ; Wyllie et al., 1983). Toutefois, il existe un paradoxe. Les données de la pétrologie expérimentale prédisent que les liquides carbonatés formés dans le manteau sont magnésiens (= dolomitiques), or, la majorité des carbonatites observées à la surface de la Terre sont calciques.

Ce paradoxe laisse place à deux grandes hypothèses, concernant l’origine du carbone des carbonatites, débattues dans la littérature. Premièrement, l’enrichissement en calcium de certaines carbonatites serait due à un quelconque processus de recyclage de carbonates marins riches en Ca. Ces carbonates pourraient affecter la source des carbonatites ou bien contaminer celles-ci lors de leur ascension vers la surface. Cette origine recyclée du carbone est soutenue par les isotopes stables de Ca et B ainsi que par certains rapports isotopiques de systèmes de longues vies (Amsellem et al., 2020 ; Banerjee et al., 2021). A l’inverse, les isotopes stables du C, Li et Ba montrent des compositions mantelliques, soutenant une origine primordiale (mantellique) du carbone des carbonatites (Mata et al., 2009 ; Li et al., 2019). Ces données s’accordent avec certains rapports ⁴He/³He faibles mesurés sur des carbonatites (Mata et al., 2009). Cependant, certains processus, non compris, affectant les isotopes stables pourraient être à l’origine de cette dichotomie dans les informations obtenues.

L’origine du carbone de carbonatites est donc une question très débattue. Est-il primordial ou bien recyclé ? Par ailleurs, peut-on envisager que son origine ait évolué au cours des temps géologiques ? C’est à ces différentes questions que nous souhaitons répondre via ce sujet de thèse. Dans ce but, nous nous proposons d’appliquer les systématiques isotopiques courte période ¹⁸²Hf-¹⁸²W et ¹⁴⁶Sm-¹⁴²Nd à l’étude des carbonatites. Ces deux outils géochimiques sont d’excellents traqueurs des processus mantelliques profonds et de réservoirs isolés précocement dans l’histoire de la Terre (Boyet et al., 2005 ; Rizo et al., 2019). De fait, ils devraient nous renseigner sur la localisation en profondeur du matériel source des magmas carbonatitiques et sur la possibilité d’isolement précoce de ce dernier, soit sur sa capacité à conserver un carbone d’origine primordial. Ces données sont obtenues sur des échantillons provenant de divers localisations, contextes géologiques et âges et sont complétées par l’analyses de systèmes de longues vies et des isotopes stables du W.

Références :

Amsellem et al. (2020) Sci. Adv. 6 ; Banerjee et al. (2021) Geochim. Cosmochim. Acta 307 ; Boyet et Carlson (2005) Science 309 ; Doucelance et al. (2010) Geochim. Cosmochim. Acta 74 ; Doucelance et al. (2014) Earth Planet. Sci. Lett. 407 ;  Hoernle et al. (2002) Contrib. Mineral. Petrol.142 ; Li et al. (2019) Geochim. Cosmochim. Acta 278 ; Mata et al. (2010) Earth Planet. Sci. Lett. 291 ; Mourtada et al. (1997) C. R. Acad. Sci. Paris 325 ; Rizo et al. (2019) Geochem. Perspect. Lett. 11 ; Wallace et Green (1988) Nature 335 ; Wyllie et Huang (1976) Contrib. Mineral. Petrol. 54 ; Wyllie et al. (1983) Tecton.100

Mots-clés : Carbonatites ; Spectrométrie de masse ; Isotopes ; 142Nd ; 182W

Directeurs de thèse :

• DOUCELANCE Régis (LMV)
• BOYET Maud (LMV)
• RIZO Hanika (Carleton University, Ottawa, Canada)

Outils :

• TIMS / ICP-MS / MC-ICP-MS
• Salle blanche
• ¹⁴⁶Sm-¹⁴²Nd/ ¹⁸²Hf-¹⁸²W / ¹⁴⁷Sm-¹⁴³Nd / ⁸⁷Rb-⁸⁷Sr
• Isotopes stables du W