Category: Publication

Nouvel article sur les analyses in situ des black shales par Beate Orberger

L’étude intitulée «In-situ analyses of carbonaceous matter in manganiferous black shales: Analytical proxies and implication for ore processing» par B. Orberger, V. Delarue, C.Rodriguez, A.Salaün, T. Wallmach, R. Wirth, M. Boussafir, G. Dreux, S. Lafon et A. Schreiber vient d’être publiée dans la revue Minerals Engineering.

Carbonaceous matter is generally known to be problematic for metal recovery during metallurgical processing of black shales. In particularly, metal upgrading during beneficiation prior to (bio-) hydrometallurgical and/or pyrometallurgical processing is hindered by the presence of abundant carbonaceous matter (CM). This study presents the characterization of CM and mineral bound carbonaceous matter (CMP) in three manganese carbonate-rich shales hosting 6–8 wt% total organic carbon. Non-destructive methods, such as incident light microscopy, scanning electron (SEM) and focused-ion-beam-transmission electron microscopy (FIB-TEM), QEMSCAN and electron microprobe, were used to show that free CM is adsorbed onto illite-smectite surfaces. This form of CM ranges in grain size from sub-micrometer up to ≈100 μm. The most efficient method to show the illite-smectite association is SEM and for quantification of this association, QEMSCAN should be used. Mineral-bound carbonaceous matter may be relicts of extrapolymers (pyrite and/or carbonate) and needs characterization using FIB-TEM. The quantity of CM can then be estimated by a rough calculation as the difference between the total organic carbon (Rock Eval) and the free carbon calculated from normative mineral compositions based on X-ray Fluorescence (XRF) and X-ray-Diffraction (XRD) analyses. The mineral bound CM could not be detected by QEMSCAN under conventional analytical conditions. We estimated that about 85% of the CM in the test samples was adsorbed on mineral surfaces and about 15% was bound to minerals. The physical protection of the CM by clays, and the morphological and density differences between pyrite, carbonates and biochemically-bound CM in pyrite/carbonates needs to be taken into consideration in the process design.

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[Publication Sedimentology] Les tapissages argileux dans les estuaires: exemple de l’estuaire de la Gironde

L’étude intitulée «Detrital clay grain coats in estuarine clastic deposits: origin and spatial distribution within a modern sedimentary system, the Gironde Estuary (south‐west France)» par Maxime Virolle, Benjamin Brigaud, Raphaël Bourillot, Hugues Féniès, Eric Portier, Thibault Duteil, Julius Nouet, Patricia Patrier et Daniel Beaufort vient d’être acceptée pour publication dans la revue Sedimentology.

Porosity and permeability may be preserved in deep sandstone reservoirs by clay coating (mainly chlorite), which limits quartz overgrowths. Chloritization around quartz grains results mainly from mineralogical transformations of pre‐existing clays. It is fundamental to study those clay precursors to better understand and predict the location and distribution of clay coatings in subsurface sandstones for petroleum or geothermal prospecting. This paper reports a high‐resolution analysis of the composition, distribution and fabric of clays along a modern estuary, the Gironde (south‐west France). The scale of the study ranges from thin sections, through sand bar bodies, up to the entire estuary. Results show that clays are detrital and deposited at the same time as sand grains despite strong hydrodynamic conditions. Clays bind to medium‐grained sands forming detrital clay grain coats. On average, 26% of detrital sand grains are coated along the entire length of the estuary. Coat thickness varies from 1 μm to more than 200 μm, and coat coverage exceeds 30% in some samples. The turbidity maximum zone position (surface water turbidity from 1 to 10 g.l−1) in the estuary, which is controlled by seasonal variations in hydrodynamic processes, significantly impacts the location of the maximum clay content and the abundance of coated grains in sandy facies along the estuary. Flocculation in the water column results in the accumulation of suspended matter and contributes to the high turbidity in the estuary. Exopolymeric substances produced by diatoms are observed both in the field and by cryo‐scanning electron microscopy, suggesting that they may play a major role in binding detrital clay around sand grains. Finally, tidal bars and heterolithic point bars in the estuary funnel and estuarine channels are prime sedimentological targets for finding clay coatings and potentially good reservoir quality in deeply buried sandstones.

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[Publication] Thermal History Reconstruction From Apatite Fission‐Track and (U‐Th)/He

L’étude intitulée «Reproducibility of Thermal History Reconstruction From Apatite Fission‐Track and (U‐Th)/He Data» par Richard A. Ketcham, Peter van der Beek, Jocelyn Barbarand, Matthias Bernet et Cécile Gautheron vient d’être publiée dans la revue G3 « Geochemistry, Geophysics, Geosystems ».

 

We report a new interlaboratory exercise to evaluate the reproducibility of apatite fission‐track (AFT) and (U‐Th)/He (AHe) data and thermal history analysis. Twelve laboratory groups participated, analyzing apatite separates from two previously studied localities. Ten groups returned AFT data from 13 analysts, five groups returned AHe data, one contributed apatite U/Pb data, and nine contributed thermal history models. Submitted AFT age data were generally consistent with the original studies and each other to within uncertainties, although there were departures, particularly among results obtained using laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry for uranium determination. AFT‐confined track‐length data showed more variation, which correlated between samples, suggesting that they may reflect analyst‐specific factors. Accounting for anisotropy using c axis projection reduced the variation and correlation. AHe ages showed more dispersion than observed in the previous studies, with one sample showing many ages consistent with prior work but also many significantly older ages, and the other roughly matching prior work but showing symmetrical scatter suggesting a 1SE uncertainty of 17–21%. Thermal history models generally agreed in their major features but showed considerable variation in detail, due to differences in data and data entry, model setup, and modeling software approach. Addressing pitfalls in data entry and model setup improved congruence, as would greater emphasis on AFT length and etch figure calibration. Because of scatter, AHe data had to be entered selectively into the models to achieve reasonable results. Although cautionary in several respects, study results point to promising avenues for improving the reproducibility of thermal history modeling.

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[Publication Sedimentary Geology] Fin de la grande plate-forme carbonatée jurassique dans le domaine ouest téthysien : déchiffrer le rôle relatif du climat et de la géodynamique

L’étude intitulée « Sedimentary architecture, depositional facies and diagenetic response to intracratonic deformation and climate change inferred from outcrops for a pivotal period (Jurassic/Cretaceous boundary, Paris Basin, France) » par Benjamin Brigaud, Benoît Vincent, Maurice Pagel, Antoine Gras, Aurélie Noret, Philippe Landrein et Emilia Huret vient d’être publiée dans la revue Sedimentary Geology , volume 373, pages 48-76.

En collaboration avec l’Andra, l’origine de la fin de la production carbonatée sur la plate-forme ouest Téthysienne vers la limite Jurassique/Crétacé a été examinée dans le Bassin de Paris. Vers cette limite Jurassique-Crétacé, au contraire d’autres limites de période, il a été impossible de trouver des marqueurs géo-biologiques globaux. Même des marqueurs communs au domaine ouest Téthysien n’ont pas été reconnus empêchant d’effectuer des corrélations inter-bassins très fiables de marqueur visible à grande échelle et empêchant de placer cette limite de manière certaine sur un grand nombre de coupes. Cette caractéristique de la limite Jurassique-Crétacé en fait une limite spéciale et compliquée à étudier. Les études de cette transition ont récemment connues un regain d’intérêt à travers les travaux du Berriasian Working Group travaillant sur la définition d’une coupe marquant la limite Jurassique-Crétacé (Gradstein, 2012). Ces travaux amènent d’intenses débats, sur la définition de cette limite. Malgré des affleurements de très bonne qualité, l’Est du Bassin de Paris n’a reçu que très peu d’attention comparé à d’autres dépôts de la même période dans le Jura, dans le Dorset et le dans Boulonnais. Afin de participer aux débats sur la définition de cette limite, une collaboration a été montée entre l’Université Paris-Sud (Benjamin Brigaud et Maurice Pagel), l’Andra (Philippe Landrein et Emilia Huret) et Cambridge Carbonate (Benoît Vincent) afin d’essayer de contribuer à apporter des précisions sur les changements paléo-environnementaux autour de cette limite. Un des objectifs affichés a été de déchiffrer l’influence respective des perturbations géodynamiques et climatiques par l’étude des affleurements situés à proximité de la commune de Bure (Meuse). D’un point de vue plus appliqué, les formations sédimentaires de la limite Jurassique-Crétacé forment les formations de surface situées à l’aplomb du Centre industriel de stockage géologique (Cigéo) de l’Andra. Caractériser les architectures sédimentaires des formations de la limite Jurassique/Crétacé est donc de tout intérêt puisque ces formations sont censées être excavées et aménagées lors de la construction éventuelle des descenderies et des rampes d’accès au site de stockage souterrain des déchets radioactifs.

Dans cette partie du Bassin de Paris, bassin intracratonique réputé relativement stable, quatorze lithofaciès ont été observés se répartissant dans deux grands systèmes de dépôt (1) une plate-forme carbonatée et (2) un environnement deltaïque. La production carbonatée de la plate-forme se termine entre le Berriasien inférieur et supérieur. Elle est d’ailleurs marquée par un processus de dolomitisation. Les signaux isotopiques de la dolomite (δ18O compris entre +2 et+4 et δ13C entre 1 et 3) suggèrent une dolomitisation syn-sédimentaire du sommet de plate-forme en environnements salés et sub-évaporitiques. Les reconstructions de l’architecture et du faciès ont permis de bien contraindre la grande discordance Jurassique-Crétacé (Jurassic Cretaceous Unconformity – JCU), qui est reconnue comme étant un important épisode structural dans le bassin de Paris. Elle se marque dans l’Est du Bassin de Paris par une surrection estimée à environ 80 m et une déformation NW-SE de faible longueur d’onde aboutissant à la mise en place d’un synclinal de 15 km de large sur 30 km de long. Cet événement tectonique tend très probablement à maintenir une sédimentation côtière dans des lagunes et des marais d’eau saumâtre à salée d’environnements supratidaux. L’évolution vers des environnements de plus en plus restreints sur la plate-forme est très probablement à l’origine des dolomites qui marquent les faciès purbeckiens. Il s’avère qu’un changement climatique (condition plus aride) associé à une tectonique locale a permis de déposer des sédiments dolomitiques et évaporitiques dans un synclinal.

Le principal changement de dépôt a eu lieu entre le Berriasien inférieur et supérieur. Il a été marqué par la fin de la production carbonatée (carbonatée et dolomitique) et des dépôts clastiques fluviatiles-deltaïques (faciès Wealdiens). Ce changement sédimentaire majeur s’est produit juste après un événement d’érosion majeur au cours du Berriasien supérieur correspondant à la discordance Ryazanienne (Ryazanian Unconformity – RU). Cette discontinuité se marque dans l’Est du Bassin de Paris par des incisions sur la plateforme forme carbonatée et un changement de lithologie passant de carbonates (faciès Purbeckien) à une série clastique (sables Wealdiens). Cette discontinuité semble être un mélange entre un début de karstification de la plateforme sous climat plutôt humide et une incision par des chenaux en domaine de plaine deltaïque. La phase de rifting dans le golfe de Gascogne et dans la zone pyrénéenne a probablement eu une influence majeure sur le nord de la France en provoquant une surrection globale de près de 120 m cumulée pendant le Tithonien. La géodynamique a très probablement joué un rôle majeur dans la disparition des faciès carbonatés dans le Bassin de Paris, permettant l’émersion de grandes surfaces de la plateforme. Les conditions climatiques locales plus fraîches et surtout plus humides à partir de la seconde moitié du Berriasien favorisent un afflux de sédiments terrigènes depuis le Massif de Londres-Brabant vers des domaines marins qui sont définitivement défavorables à la sédimentation carbonatée.

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[Publication Tectonics]

L’étude intitulée «Polyphased Inversions of an Intracontinental Rift: Case Study of the Marrakech High Atlas, Morocco» par R. Leprêtre, Y. Missenard, J. Barbarand, C. Gautheron, I. Jouvie, O. Saddiqi vient d’être publiée dans la revue Tectonics.

The High and Middle Atlas intraplate belts in Morocco correspond to Mesozoic rifted basins inverted during the Cenozoic during Africa/Eurasia convergence. The Marrakech High Atlas lies at a key location between Atlantic and Tethyan influences during the Mesozoic rifting phase but represents today high reliefs. Age and style of deformation and the mechanisms underlying the Cenozoic inversion are nevertheless still debated. To solve this issue, we produced new low‐temperature thermochronology data (fission track and [U‐Th]/He on apatite). Two cross sections were investigated in the western and eastern Marrakech High Atlas. Results of inverse modeling allow recognizing five cooling events attributed to erosion since Early Jurassic. Apart from a first erosional event from Middle/Late Jurassic to Early Cretaceous, four stages can be related to the convergence processes between Africa and Europe since the Late Cretaceous. Our data and thermal modeling results suggest that the inversion processes are guided at first order by the fault network inherited from the rifting episodes. The sedimentary cover and the Neogene lithospheric thinning produced a significant thermal weakening that facilitated the inversion of this ancient rift. Our data show that the Marrakech High Atlas has been behaving as a giant pop‐up since the beginning of Cenozoic inversion stages.

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[Publication en diagenèse] Définir les paléo-environnements lorsque les sédiments manquent : analyses géochimiques in situ des ciments des discontinuités

Les roches sédimentaires sont de formidables archives de l’histoire de notre planète et des bouleversements environnementaux qu’elle a connus. Néanmoins, les géologues s’accordent à dire que les accumulations sédimentaires n’enregistrent qu’une petite partie du temps, même dans des environnements marins à fort taux de sédimentation. Les environnements sédimentaires sont souvent marqués par des périodes d’arrêt de sédimentation, à l’origine de la formation de surfaces clefs appelées  » discontinuités sédimentaires « , dont l’origine est difficile à caractériser. Comme l’annonce la revue Sedimentology dans son numéro de Février 2018 [1], une équipe composée de chercheurs de l’Université Paris-Sud et du BRGM a montré comment exploiter la puissance de la spectrométrie de masse d’ions secondaires en utilisant un instrument national de l’INSU, la microsonde ionique CAMECA 1280 localisée à Nancy, pour révéler les secrets enfermés dans les discontinuités.

Les périodes de non-sédimentation, qui peuvent parfois durer plusieurs millions d’années, aboutissent à la formation de discontinuités entre les corps sédimentaires. Il est difficile de proposer des modèles de formation de ces discontinuités car leur histoire est complexe à caractériser. Les ciments dits  » précoces « , dont la taille ne dépasse généralement pas quelques dizaines de micromètres, précipitent et participent à la genèse des discontinuités. Au-delà de leur observation au microscope, leur petite taille rend leur caractérisation chimique compliquée car les méthodes d’analyse par spectrométrie de masse après attaque acide nécessitent de prélever des quantités trop importantes de carbonate (1mg). La taille d’investigation est dans le cas de la caractérisation des discontinuités un verrou important à leur compréhension.

Pour déterminer la succession d’évènements aboutissant au développement de plusieurs discontinuités sédimentaires contenues dans des sédiments carbonatés d’âge Jurassique (environ 170 millions d’années) du Bassin de Paris, l’équipe dirigée par Simon Andrieu a analysé les rapports isotopiques en oxygène et en carbone des ciments carbonatés associés directement sur lames minces, montrant qu’ils pouvaient servir de relai pour caractériser les conditions environnementales pendant les périodes de non-sédimentation.
Les observations aux microscopes photonique, électronique et à cathodoluminescence montrent que les ciments calcitiques cristallisant dans l’espace inter-granulaire pendant la période de non-sédimentation sont diversifiés, composés de onze types différents incluant des ciments fibreux de quelques dizaines de micromètres d’épaisseurs entourant les grains, de minuscules rhomboèdres de moins de 100 micromètres, des ciments gravitaires pendant à l’extrémité des grains ou encore des ménisques.
Les analyses isotopiques réalisées sur ces ciments constituent l’aspect novateur de l’étude. Elles montrent que ces derniers cristallisent dans des environnements très variés (marin peu profonds, plage, environnements terrestres côtiers) pendant les périodes de non sédimentation. Il s’avère que les discontinuités sédimentaires enregistrent une succession de nombreux évènements, incluant des périodes d’émersion, de recouvrement par la mer, des variations des conditions oxydo-réductrices ou encore des changements de l’activité microbienne. Bien que le temps enregistré dans les discontinuités reste inconnu (pouvant aller de la dizaine d’année à plusieurs millions d’années), l’étude des phases calcitiques dites  » précoces  » permet une caractérisation précise des conditions environnementales et de la succession d’évènements ayant lieu pendant les périodes de non-sédimentation, ce qui n’était pas faisable auparavant. Cette méthodologie adoptée pour l’investigation des discontinuités ouvre de nouvelles perspectives pour remonter à l’histoire des périodes de non-sédimentation et proposer des modèles de formation des discontinuités sédimentaires.


Figure : Sédiments oolitiques observés en microscopie à cathodoluminescence (à gauche) et en lumière naturelle après coloration de la lame (à droite)

Voir en ligne : Lien vers l’article dans Sedimentology

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Nouvelle publication en diagenèse couplant températures Δ47, δ18O de l’eau et datations U-Pb

L’étude intitulée «Improving paleohydrological and diagenetic reconstructions in calcite veins and breccia of a sedimentary basin by combining Δ47 temperature, δ18Owater and U-Pb age» par Maurice Pagel, Magali Bonifacie, David A. Schneider, Cécile Gautheron, Benjamin Brigaud, Damien Calmels, Alexandre Cros, Bertrand Saint-Bezar, Philippe Landrein, Chelsea Sutcliffe, Donald Davis, Carine Chaduteau est acceptée pour être publiée dans la revue Chemical Geology.

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Nouvelle publication sur les processus de dolomitisation

L’étude intitulée « Iron (oxy)hydroxide and hematite micro- to nano-inclusions in diagenetic dolomite from a 2.4 Ga banded iron formation (Minas Gerais, Brazil) »  par Orberger, B., Wagner, C, Tudryn, A., Baptiste, B., Wirth, R., Morgan, R., Miska, S., est prêt à être publiée dans la revue European Journal of Mineralogy

 

http://eurjmin.geoscienceworld.org/content/early/2017/09/22/ejm.2017.0029-2679

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News INSU : Exhumation récente de l’avant-pays alpin en relation avec des chevauchements profonds

Une équipe française composée de chercheurs de l’Institut des sciences de la Terre (ISTerre/OSUG, CNRS / IRD / UGA / IFSTTAR / Université Savoie Mont Blanc) et du laboratoire Géosciences Paris Sud (GEOPS/IPSL, CNRS / Université Paris Sud) a publié les premières données thermochronologiques basses températures permettant de quantifier la séquence d’enfouissement et d’exhumation de sédiments détritiques au front de l’arc alpin dans la région de Digne (Alpes de Haute Provence). L’histoire thermique modélisée de ces bassins indique que les sédiments détritiques tertiaires ont été recouverts, entre – 12 et – 6 Ma, par 3 à 4 km d’épaisseur de nappe sédimentaire mésozoïque puis ramenées à la surface grâce à la formation d’un relief progressivement érodé. Cette exhumation régionale est interprétée par les chercheurs comme étant liée à la propagation de la déformation compressive dans la croûte supérieure de l’avant pays alpin par chevauchements et écaillage du socle cristallin.

@news INSU
Vendredi, 3 février 2017

 

 

 

 

 

 

 

Coupes tectoniques schématiques illustrant l’évolution de la déformation de l’avant-pays européen, de – 12 Ma à l’actuel. (A) Entre – 12 Ma et – 6 Ma, bassins tertiaires et couverture sédimentaire sont enfouis sous la nappe de Digne. (B) À partir de – 6 Ma, l’écaillage du socle par chevauchements produit un soulèvement régional et une érosion conduisant à une demi-fenêtre d’érosion, où affleure actuellement les bassins tertiaires.

 

Voir en ligne : Lire l’intégralité de l’article sur le site web de l’INSU

Source:

Schwartz, S., Gautheron, C., Audin, L., Dumont, T., Nomade, J., Barbarand, J., Pinna-Jamme, R., van der Beek, P., 2017. Foreland exhumation controlled by crustal thickening in the Western Alps. Geology. 45(2):139-142

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Dynamique sédimentaire et diagenèse d’une bordure de plateforme carbonatée

Pour améliorer notre connaissance de la distribution des propriétés réservoirs (porosité et perméabilité) dans les bordures des plateformes carbonatées, la connexion entre les faciès, la stratigraphie séquentielle et les processus diagénétiques précoces (diagenèse ou lithification du sédiment très rapide après le dépôt) des discontinuités a été étudiée sur la bordure de plateforme oolithique bathonienne du nord-est du Bassin Aquitain (région d’Angoulême).

Huit faciès ont été déterminés le long d’une coupe reliant des affleurements sur une distance d’environ 60 kilomètres. Ils se distribuent dans (1) le pied de pente, (2) la bordure de plateforme progradante, (3) le cordon oolthique, (4) la plateforme intérieure ouverte, (5) le foreshore et (6) le continent. La transition entre les faciès de plateforme interne et de pied de pente est marquée par des clinoformes longs de plus de cents mètres. La production carbonatée est confinée dans la plateforme interne peu profonde et exportée vers le large, entrainant la progradation des clinoformes dont l’angle était compris 20° et 25°. La profondeur de la zone de transition entre les faciès de grainstones oolithiques et les alternances marno-calcaires, à la base de la pente a pu être estimée entre 40 m et 75 m.

Architecture stratigraphique de la bordure de la plateforme carbonatée du Bassin aquitain, associée aux faciès sédimentaires

La dynamique sédimentaire varie de façon similaire au sein des quatre séquences identifiées au cours du Bathonien. Pendant le dépôt des cortèges transgressifs, la sédimentation est essentiellement localisée sur la plateforme interne et l’export de carbonate est négligeable. Pendant le dépôt des cortèges de haut niveau marin, l’export de carbonate augmente, générant la progradation de la bordure de plateforme. Les maximas de régression se marquent par des hiatus sédimentaires sur la plateforme interne, où une même discontinuité passe latéralement d’une surface subaérienne à un hardground marin. L’érosion des hargrounds sous des conditions de fort hydrodynamisme entraine l’export puis le dépôt d’intraclastes précocement cimentés le long de la pente de la bordure de plateforme, formant le cortège de bas-niveau marin.

En ce qui concerne la diagenèse, les ciments précoces sont uniquement localisés un mètre sous les discontinuités sédimentaires dans les dépôts de plateforme interne. Leur absence dans les calcaires de la bordure de plateforme est due à un taux de sédimentation continu, conséquent (1) de l’export des sédiments carbonatés vers le large et (2) de conditions hydrodynamiques plus faibles. Ces conditions particulières font des bordures de plateformes carbonatées un des seuls environnements où des faciès grainstones ne sont pas associés avec le développement de ciments précoces. Dans le cas de la plateforme étudiée, les faciès de sa bordure sont très poreux, peu colmatés par la calcite de blocage lors de l’enfouissement, et forme un excellent réservoir (roche poreuse et perméable).

Andrieu S., Brigaud B., Barbarand J., Lasseur E., 2017. Linking early diagenesis and sedimentary facies to sequence stratigraphy on a prograding oolitic wedge : the Bathonian of western France (Aquitaine Basin). Marine and Petroleum Geology. 81, 169-195

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Info INSU: Pourquoi trouve-t-on des roches très poreuses à plus de 3,5 km de profondeur

Pourquoi des réservoirs d’hydrocarbures sont-ils présents à de grandes profondeurs alors que les lois d’enfouissement prédisent une réduction drastique de la porosité ? C’est la question à laquelle des chercheurs de Géosciences Paris Sud (GEOPS, CNRS / Université PARIS-SUD) et de la société ENGIE ont répondu, au moins en partie, en réalisant une étude pétrographique et minéralogique de roches prélevées au large de la côte nord-ouest de l’Australie lors de compagnes de forages profonds. Ils ont également ainsi montré que les formations sableuses déposées dans des estuaires, et maintenant très enfouies, sont des cibles de choix pour la prospection pétrolière.
@INSU-CNRS

Retrouvez l’intégralité de l’article sur le site de l’INSU

Graphical Abstract

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A – Reconstruction de l’estuaire permien (il y a 270 Ma), localisé alors à 200 km au large de l’Australie. B – Observation au microscope électronique à balayage des agrégats de précurseurs argileux et des tapissages de chlorite ferreuse.

Source :

Saïag, J., Brigaud, B., Portier, E., Desaubliaux, G., Bucherie, A., Miska, S., Pagel, M., 2016. Sedimentological control on the diagenesis and reservoir quality of tidal sandstones of the Upper Cape Hay Formation (Permian, Bonaparte Basin, Australia). Marine and Petroleum Geology. 77, 597-624

Voir en ligne : site web INSU

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Le développement des plateformes carbonatées jurassiques contrôlé par un cycle orbital

Comme l’annonce la revue Sedimentary Geology dans le volume 345 à paraître en novembre 2016, les phases de croissance et de déliquescence des plateformes carbonatées dans l’océan téthysien au cours du Jurassique étaient contrôlées par des changements climatiques à long terme, eux-mêmes déterminés par un cycle orbital de 9 millions d’années.

Les plateformes carbonatées sont des écosystèmes marins à la biodiversité très riche et sensible qui se retrouvent aujourd’hui à des latitudes tropicales tout autour du globe. Pour mieux comprendre comment ces environnements sont impactés par les changements climatiques et environnementaux à long terme, les roches qui constituaient une ancienne plateforme carbonatée dans l’ouest de la France au cours du Jurassique, il y a environ 160 millions d’années, ont été étudiées. La France constituait alors la partie ouest d’un grand océan appelé océan téthysien.

L’équipe dirigée par Simon Andrieu et composée de chercheurs de l’Université Paris-Sud, de l’Université de Bourgogne-Franche-Comté et du Brgm, a ainsi reconstitué l’évolution de cette plateforme carbonatée au cours des 18 millions d’années de son histoire. Les sédiments carbonatés sont très dépendants de l’existence d’organismes précipitants leur coquille ou squelette en carbonate de calcium (CaCO3), comme les huîtres, les coraux, les algues vertes ou les échinodermes (crinoïdes, oursins). Après leur mort, l’action des vagues sur le fond de la mer fractionne ces squelettes ou coquilles en débris souvent inférieurs à 2 mm. L’accumulation des différents types de débris squelettiques, avec d’autres éléments non-coquillers comme les oolites (petites concrétions de CaCO3 précipitants dans des eaux chaudes) forme un dépôt sédimentaire ; la composition de ce dépôt va permettre au sédimentologue de caractériser un « faciès sédimentaire ». Au jurassique, deux grands types de faciès sédimentaires se sont déposés dans les eaux peu profondes de l’océan téthysien : (1) un faciès photozoan, riches en coraux et oolites, typiques d’eaux oligotrophiques, c’est-à-dire pauvres en nutriments (plancton) ; et (2) un faciès hétérozoans, riches en échinodermes, bryozoaires et bivalves, typiques d’eaux mésotrophiques à eutrophiques (riches en nutriments).

En comparant l’évolution de la production carbonatée dans l’ouest de la France avec une compilation des données de faciès composants d’autres plateformes de la partie ouest de l’océan téthysien, il a été mis en évidence deux phases de croissance généralisées des plateformes carbonatées alternant avec deux phases de déliquescence. Les phases de forte croissance sont constituées essentiellement par des faciès photozoans, les coraux et les oolites favorisant une accumulation rapide de sédiments carbonatés.

La production carbonatée a ensuite été comparée avec la fluctuation cyclique (cycle de 9 Ma) de la composition en carbone de l’eau de l’océan téthysien. Les deux phases de forte croissance des plateformes carbonatées correspondent à des périodes caractérisées par un faible δ13C de l’océan, marquant un climat très sec perturbé par de courtes moussons, défavorables à la présence de nutriments dans l’océan. Les eaux pauvres en nutriments sont très favorables à la prolifération des coraux ou à la genèse des oolites, édifiant ainsi rapidement d’imposantes plateformes.

Au contraire, les phases de faible production carbonatée, alors principalement limitée à la sédimentation de faciès heterozoans, correspondent à des périodes de fort δ13C dans l’océan, caractérisant un climat humide qui favorise le transfert de nutriments des continents vers l’océan. Les périodes où l’océan est riche en nutriments ont été très défavorables à la sédimentation carbonatée, car les producteurs importants de CaCO3 comme les coraux, les algues vertes ou les oolites se sont montrés plus rares dans la partie ouest de l’océan téthysien.

Le développement des plateformes carbonatées a donc été directement relié aux changements climatiques à long-terme, dont l’évolution a été grandement déterminée par un cycle orbital à 9 millions d’années.

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Figure : Reconstruction de la plateforme carbonatée de l’ouest de la Téthys au cours de deux périodes (1) Aalénien (172 Ma) et (2) Limite Callovien/Oxfordien (163 Ma)

Andrieu, S., Brigaud, B., Barbarand J., Lasseur, E., Saucède T., 2016. Disentangling the control of tectonics, eustasy, trophic conditions and climate on shallow-marine carbonate production during the Aalenian-Oxfordian interval : from the western France platform to the western Tethyan domain. Sedimentary Geology. 345, 54-84

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Actu INSU 2016: La fluorine du Morvan à la Une

Retrouver l’article de l’INSU sur les travaux de l’équipe Relief, Bassin et Ressources de l’UMR GEOPS.
http://www.insu.cnrs.fr/node/5605

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Actu INSU: les travaux de RBR à la Une

Retrouver l’article de l’INSU sur les travaux de l’équipe Relief, Bassin et Ressources de l’UMR GEOPS.
http://www.insu.cnrs.fr/node/5580

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Impact de la composition chimique de l’apatite sur la thermochronologie (U-Th)/He

L’article « Impact of apatite chemical composition on (U-Th)/He
thermochronometry: An atomistic point of view » vient d’être publié dans le Geochimica et Cosmochimica Acta.

 

La méthode de thermodatation (U-Th)/He sur apatite est très couramment utilisée pour déterminer l’âge de la création de relief et les vitesses d’exhumation des chaînes de montagne mais aussi pour déterminer l’évolution thermique des bassins sédimentaires. Cependant, la compréhension des phénomènes de diffusion de l’He pour ce minéral est encore mal contraint et l’interprétation des âges (U-Th)/He peut s’avérer délicate. Dans le cadre de l’ANR HeDiff (http://www.hediff.u-psud.fr/), une équipe pluridisciplinaire de chercheurs de GEOPS et de l’IPN d’Orsay a réalisé une étude multi-échelle dans le but de déterminer les phénomènes de la diffusion de l’He. Les coefficients de diffusion ont été déterminés à l’aide d’une approche théorique combinant des calculs à l’échelle atomique (calcul quantique) et à l’échelle macroscopique sur une super maille cristalline pour deux compositions chimiques d’apatite. Les résultats permettent de déterminer de manière très précise les coefficients de diffusion de l’He. La température de fermeture (Tc) varie entre 35 et 45°C. Ces Tc sont plus faibles que celle mesurées pour des cristaux naturels (50-60°C) ce qui nous permettra d’améliorer la caractérisation de l’évolution du comportement diffusif pour tous les cristaux naturels.

Voir en ligne : Publication à Geochimica et Cosmochimica Acta

Capture d’écran 2015-09-15 à 07.40.48Cécile Gautheron, UMR 8148 GEOPS, Université Paris-Sud

 

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