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6 2 1 Effets de la gravit : les mar es 152 6 2 2 La radioactivit 153 6 2 3 R manence de chaleur fossile 155 6 2 4 Production de chaleur dans le noyau 156 6 3 Implications pour la dynamique interne 156 6 3 1 La convection thermique 157 6 3 2 Structure de la Terre et convection 158 Chapitre 7 L Énergie externe de la Terre 160 160

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de minéralogie et de cristallographie 1992 Isotopic Signatures and Sedimentary Records (1992) Norbert Clauer Berlin Heidelberg : Springer-Verlag : Springer e-books 1992 Stable isotopes in sedimentary geology (1992) Ann Arbor (Mich ) : UMI 1992 Genèse des magmas associés à l'ouverture d'un domaine océanique (1992) Jean-Alix

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Cours 3 Classification géochimique des éléments

minéraux Ces éléments sont exprimés en oxydes Il s'agit de : SiO 2 TiO 2 Al 2 O 3 FeO MgO MnO CaO Na 2 O K 2 O et P 2 O 5 La teneur de ces oxydes dans les minéraux et roches est supérieure à 1 Les éléments mineurs : éléments dont la teneur dans les roches est située entre 01 et 1 Il s'agit principalement de TiO 2

APPLICATION DES MÉTHODES ISOTOPIQUES ET HYDROCHIMIQUES

1 3 5 Débit de l'eau d'infiltration dans la nappe 1 3 6 Durée de renouvellement de la réserve de la nappe 1 4 Choix d'un aquifère en fonction des contraintes de la méthode 1 4 1 Contraintes spécifiques du traceur 1 4 2 Contraintes relatives à l'hydrogéologie du système 1 4 3 Application de la méthode au ^^c dans l'étude de la

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Qu'est-ce que la géochimie isotopique?

Géochimie isotopique. La géologie isotopique est une branche de la géologie, apparentée à la géochimie, qui exploite l'étude des isotopes stables et radioactifs présents sur Terre pour en étudier la composition et les variations au cours des temps géologiques.

Qu'est-ce que la méthode isotopique?

Cette ingénieuse application de la méthode isotopique lui valut d'être renvoyé de la pension ». En médecine, les traceurs sont des molécules organiques complexes choisies pour leur affinité envers l ’organe à étudier. Ces molécules sont "marquées" par la présence d'un noyau radioactif. Le traceur est généralement injecté par voie intra-veineuse.

Quelle est la composition d'un isotope?

Composition isotopique : nombres de protons, d'électrons et de neutrons. Un isotope est composé de 56 protons, 54 électrons et 74 neutrons.

Qui a inventé l’isotopie ?

Cette définition de l’isotopie se restreignait à la sémantique lorsque A. J. Greimas l’a utilisé pour la première fois en 1966 dans Sémantique structurale mais la notion s’est étendue à d’autres domaines par la suite ( François Rastier, Michel Arrivé ou Catherine Kerbrat-Orecchioni ).

GEOGHIMIE

Géodynamique et cycles

Licence 3 . Master . Gapes . Agrégation

Albert Jambon

Alain Thomas

Tnele DEs MATrÈnes

Avant-propos

Fot,toEwr

Chapitre I . Concepts et processus

I .l Mélanges géochimiques

1.1.1 Mélange binaire simple

1.1.2 Topologie des diagrammes del 2 Séparations de phases et fractionne

1.2. 1 Fusion partielle

1.2.2 Cristallisation fractionnée, distillation de Rayleigh

1.2.3 Un processus complexe : assimilation-cristallisation fractionnée

Chapitre 2 . Outils et méthodes

2.1 Éléments-traces

2.1.I Un principe fondamental : le partage

2.1.2 Les spectres expression de la signature géochimique

2.1.3 Exemples de signature géochimique

2.2 lsotopes des éléments légers

2.2.I Généralités

2.2.2 Fractionnements isotopiques

2.2.3 Fondements de I'hydrologie isotopique

2.2.4 Processus hydrothermaux

2.2.5 Paléotempératures

2.3 lsotopes radioactifs ; radioactivité naturelle

2.3.1 Principes de la désintégration radioactive

2.3.2 Isotopes radioactifs de courte période

2.3.3 Isotopes radioactifs de longue période ; chronomètres

2.4 lsotopes radiogéniques

2.4.1 Introduction : fractionnement et évolution isotopique

2.4.2 La r éfér ence chondritique

2.4.3 La différenciation du manteau primitif

2.4.4 Oigines des granitoides

2.4.5 Traçage des mélanges

3 J -'t 6 9 10 11 t3 17 18 l8 ZJ 36
36
38
4l 45
50
50
52
57
65
65
67
6',7 '70 70
J I M-r/t

Table des matières

Pnnrtr 2

Conapostlou ET srRUcruRATloN CHIMIQUE DE LA TrnRE

Chapitre 3 . La Terre dans I'Univers

3.1 Les processus de nucléosynthèse

3.1.1 Nucléosynthèse primordiale

3.1.2 Nucléosynthèse stellaire 76

3. 1.3 Nucléosynthèse stellaire finale : types p et r

3.2 Composition du Soleil, des météorites et de la Terre

3.2.1 Le Soleil

3.2.2 Lesmétéorites

3.2.3 Lalune et les autres planètes

3.2.4 LaTene comparée aux autres objets du système solaire

3.3 Évolution et différenciation des planètes'

Un modèle de formation du système solaire

3.3.1 Les radioactivités éteintes

3.3.2 Cosmologie et isotopes de I'oxygène

3.3.3 Lafotmation des Planètes

3.3.4 Accrétion homogène ou accrétion hétérogène ?

Chapitre 4 ' Terre globale et manteau primitif

4.1 La Terre : éléments majeurs

4.1.1 LenoYau

4.1.2 Le manteau Primitif

4.2 Le manteau primitif : éléments-traces

+.2.t Éléments réfractaires

4.2.2 Éléments volatils

4.2 3 Éléments sidéroPhiles

Chapitre 5 ' La Terre objet différencié

5.1 Présentation des différents réservoirs

5.2 La croûte continentale

5.2.1 Composition de la croûte supérieure

5.2.2 Composition de la croûte continentale inférieure et moyenne

5.2.3 Lacroûte globale

5.3 La croûte océanique

5.3.1 La croûte basaltique fraîche

5.3.2 Yaiabilité des MORB

5.3.3 Altération hYdrothermale

5.4 Le manteau

5.4.1 Variabilité du manteau

5.4.2 Les Pôles géochimiques

5.5 Les enveloPPes fluides

5.5.1 L atmosPhère

5.5.2 Llocéan

tv 7S 15 76
78
81
81

859tls3 I

93
94
94
96
96
98
98
99
103
109
109
109
111
ll3 r13 1r4 114
120
122
r24 r25 126
r28 r32 r32 136
139

139l4l

Table des matières-

Annexes

Masse de I'atmosphère

Contenu en eau de l'air

Pnnrrr 3

GÉooyrunureuE cHtMteuE ET cyclEs cÉocHtMteuEs

Chapitre 6 . L'énergie interne de la Terre

6.1 Énergie dissipée à la surface

6.1.1 Conduction : gradient géothermique et flux de chaleur

6.1.2 Autres pertes d'énergie

6.1.3 Bilan des pertes énergétiques

6.2 Sources de l'énergie interne

6.2.1 Effets de la gravité : les marées

6.2.2 Laradioactivité

6.2.3 Rémanence de chaleur fossile

6.2.4 Production de chaleur dans le noyau

6.3 lmplications pour la dynamique interne

6.3.1 La convection thermique

6.3.2 Structure de la Terre et convection

Chapitre 7 . L'Énergie externe de la Terre

7.1 Distribution de l'Énergie solaire

7.L.1 Énergie reçue de I'espace

7.1.2 Nature spectrale des rayonnements solaire et terrestre

7.I.3 De quelle énergie la surface terrestre dispose-t-elle ?

7.1.4 Processus atmosphériques

7.2 Pression anthropique sur le climat

7.2.I Pnncipe du forçage radiatif

7.2.2 Le bilan en 2005

7.3 lmplications dynamiques du bilan énergétique

7.3.I Le moteur thermique : transfert de chaleur vers les pôles

7.3.2 Uatmosphère

7.3.3 Uocéart

7.3.4 Le transfert global

Chapitre 8 . Cycles biogéochimiques

8-l Notion de cycle et de modèle

8.2 Définition des concepts fondamentaux

8.2.1 Système ouvert ou fermé et échelles de temps

8.2.2 Boîte

8.2.3 Échanges

8.2.4 État stationnaire

8.2.5 Temps de séjour

t43 143
143
147
r47 r47 150
151
151
r52 153
155
156
156
r57 158
r60 160
160
r62 r63 165
r69 170
t7l r73 rl3 176
180
184
I85 185
t87 187
188
189
189
190

Table des matières

Aperçus sur les applications à quelques problèmes courants

8.3.1 Réponse d'un système stationnaire à un changement des apports

8.3.2 Bilans de masse avec échanges inconnus

8.3.3 Recyclage interne

lntérêt et limitations de ces approches

8.4.1 Fonctionnement d'un système aquatique

8.4.2 Remarques Plus générales

8.4.3 Bilan

Chapitre 9 . Cycle de I'eau

9.1 Le cycle global

9.1.1 Les réservoirs

9.1.2 Les échanges

9.1.3 Les durées

9.1.4 Les cheminements

Chapitre t0 . Dégradation de la surface terrestre

I 0.1 lntroduction

10.1.1 Laltération dans le cycle global de la matière

ll.l.2 Altération et érosion

10.2 Les raisons de la dégradation des roches

10.2. 1 Contraintes PhYsiques

I}.2.2Bntre physique et chimie, la surface des solides

10.2.3 Contraintes chimiques

I 0.3 De la roche au sol

10.3.1 Composition de la surface terrestre

10.3.2 Le sol

10.4 Altération chimique des minéraux

10.4.1 Altérabilité

10.4.2 Production d'acides dans les sols

10.4.3 Deux modes de disparition des minéraux

I 0.5 Altération des aluminosilicates

10.5.1 Exemple type de I'attaque carbonique

I 0.5.2 Différents aboutissements

I 0.6 Altération des carbonates

10.6.1 Une altération efficace

10.6.2 Des résidus utiles

I 0.7 De la roche au fleuve

Chapitre I I . Transport de la matière solide

I l.l lntroduction

11.1.1 Points de rePère globaux

1 1. 1.2 Les particules

8.3 8.4 191
19l t93 194
195
195
198
198
203
203
203
205
206
201
214
214
214
2t6 2r7 2r7 218
2t9 220
220
220
223
223
224
226
230
23r
231
236
236
236
236
241
241
241
242
L VI

Table des matières

I 1.2 Du continent vers I'océan

I 1.2.I I-,es transports fluviaux

II.2.2 {-es transports atnosphériques

I I .3 Dans \l'ocêan

11.3.1 La marge continentale

L I.3.2 La sédimentation océanique

l2 r Les éléments majeurs

2-l Introduction

.2 Latmosphère

I2.2.L U aérosol minéral

I2.2.2 I-es précipitations

3 Les fleuves

12.3.1 Mode de transport prédominant

12.3.2 Composition de l'eau fluviale

La marge continentale

12.4.1Un milieu en question

12.4.2Mise en évidence des échanges solide-liquide

12.4.3 Comportement des éléments

12.4.4 l-es bassins évaporitques

5 Uocéan total

12.5.1 Comportement global des éléments

12. 5 .2 U hy drotherm al isme

15.5.3 Bilan de masse

l3 . Les éléments-tracesl Forme physicochimique des éléments

13.1.1 Éléments liés aux particules

8.I.2Éléments dissous

Distribution des éléments entre les particules et l3.2.lDe la croûte à l'eau du fleuve

13.2.2 Des équilibres sotdeJiquide ?

Transport par les fleuves

,13.3.1 Affinité pour les particules

13.3.2 Le vecteur argileux

13.3.3 Impait anthropique

Les estuaires

lJatmosphère

3.5.1 Mesures directes

13.5.2 Milieux enregistreurs

ljocéan

13.6.1Lamarge

3.6.2 Llocéan ouvert

246
246
257
263
263
267
273
273
276
276
278
284

284t 296

II 2e0

290
292
293
294
297
297

301' 306

la solution 312
3t2 313
313
315
315
317
3t9 319
320
322
324
325
326
329
33r
33r
332

342: tableau des éléments-traces

vtl 345
345
346
347
352
359
359
359
364
369
li i1 ill

Table des matières

l4.l La chimie du carbone

14.1.1 Les esPèces dç carbone

L4.l.2Le carbone dahs les trois phases

14. 1.3 Équilibres et transformations chimiques

14.1.4Introducton de COt dans I'océan

14.2 Le cYclg,du carbone

I4.2.I I'es réservoirs

14.2.2 Le cYcle géologique, lent

14.2.3 Le cycle contemporain, rapide

quotesdbs_dbs9.pdfusesText_15

[PDF] GEOGHIMIE 2.1.2 Les spectres

Qu'est-ce que la géochimie isotopique?

Qu'est-ce que la méthode isotopique?

Quelle est la composition d'un isotope?

Qui a inventé l’isotopie ?

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Chapitre I . Concepts et processus

I .l Mélanges géochimiques

1.1.1 Mélange binaire simple

1.1.2 Topologie des diagrammes del 2 Séparations de phases et fractionne

1.2. 1 Fusion partielle

1.2.2 Cristallisation fractionnée, distillation de Rayleigh

1.2.3 Un processus complexe : assimilation-cristallisation fractionnée

Chapitre 2 . Outils et méthodes

2.1 Éléments-traces

2.1.I Un principe fondamental : le partage

2.1.2 Les spectres expression de la signature géochimique

2.1.3 Exemples de signature géochimique

2.2 lsotopes des éléments légers

2.2.I Généralités

2.2.2 Fractionnements isotopiques

2.2.3 Fondements de I'hydrologie isotopique

2.2.4 Processus hydrothermaux

2.2.5 Paléotempératures

2.3 lsotopes radioactifs ; radioactivité naturelle

2.3.1 Principes de la désintégration radioactive

2.3.2 Isotopes radioactifs de courte période

2.3.3 Isotopes radioactifs de longue période ; chronomètres

2.4 lsotopes radiogéniques

2.4.1 Introduction : fractionnement et évolution isotopique

2.4.2 La r éfér ence chondritique

2.4.3 La différenciation du manteau primitif

2.4.4 Oigines des granitoides

2.4.5 Traçage des mélanges

Table des matières

Pnnrtr 2

Conapostlou ET srRUcruRATloN CHIMIQUE DE LA TrnRE

Chapitre 3 . La Terre dans I'Univers

3.1 Les processus de nucléosynthèse

3.1.1 Nucléosynthèse primordiale

3.1.2 Nucléosynthèse stellaire 76

3. 1.3 Nucléosynthèse stellaire finale : types p et r

3.2 Composition du Soleil, des météorites et de la Terre

3.2.1 Le Soleil

3.2.2 Lesmétéorites

3.2.3 Lalune et les autres planètes

3.2.4 LaTene comparée aux autres objets du système solaire

3.3 Évolution et différenciation des planètes'

Un modèle de formation du système solaire

3.3.1 Les radioactivités éteintes

3.3.2 Cosmologie et isotopes de I'oxygène

3.3.3 Lafotmation des Planètes

3.3.4 Accrétion homogène ou accrétion hétérogène ?

Chapitre 4 ' Terre globale et manteau primitif

4.1 La Terre : éléments majeurs

4.1.1 LenoYau

4.1.2 Le manteau Primitif

4.2 Le manteau primitif : éléments-traces

4.2.2 Éléments volatils

4.2 3 Éléments sidéroPhiles

Chapitre 5 ' La Terre objet différencié

5.1 Présentation des différents réservoirs

5.2 La croûte continentale

5.2.1 Composition de la croûte supérieure

5.2.2 Composition de la croûte continentale inférieure et moyenne

5.2.3 Lacroûte globale

5.3 La croûte océanique

5.3.1 La croûte basaltique fraîche

5.3.2 Yaiabilité des MORB

5.3.3 Altération hYdrothermale

5.4 Le manteau

5.4.1 Variabilité du manteau

5.4.2 Les Pôles géochimiques