Chapitre 2 : Les isotopes de l'oxygène et du silicium : définition et applications 59 1 Introduction aux isotopes stables et au fractionnement isotopique 63 2
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AVERTISSEMENT
Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la communauté universitaire élargie. Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de référencement lors de l'utilisation de ce document. D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pénale.Contact : ddoc-theses-contact@univ-lorraine.fr
LIENS Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 Composition isotopique de l'oxygène et du silicium dans les cherts Précambriens :
Implications Paléo-environnementales Thèse
présentée pour l'obtention du titre deDocteur de l'institut National P
olytechnique de Lorraine spécialité Géosciences parJohanna Marin
soutenue publiquement le 23 novembre 2009 devant la commission d'examen :Magali Ader
Luc André
Pascal Philippot
Bernard Marty
Marc Chaussidon
François Robert
Marie-Christine Boiron IPGP, Paris Rapportrice MusÈe Roy
al de l'Afrique RapporteurCentrale, Tervuren
IPGP, Paris ExaminateurCRPG, Nancy Examinateur
CRPG, Nancy Directeur de ThËse LMCM -Mnhn, Paris Co-directeur de ThËseG2R, Nancy InvitÈe
A mon Grand-Père Charles
A Vincent dit Pollack
"En-deça c'est la nuit, au-delà c'est le rêve,L'idéal est un oeil que la science crève"
Victor Hugo
Les Contemplations
Remerciements
Je tiens à remercier tout d'abord mon directeur de thèse Marc Chau ssidon ainsi que mon co-directeur de thèse François Robert pour m'avoir permis de faire cette thè se et m'avoir fait découvrir le monde de la géochimie et surtout celui de la sonde ionique. Je les remercie parti culièrement pour tout ce qu'ils m'ont appris pendant ces trois années, ainsi que pour leur aide, leur patie nce et leurs conseils avisés. Mes remerciements vont également aux membres du jury, Bernard Marty,Pascal Philippot, Marie-
Christine Boiron et surtout les rapporteurs. Magali Ader et Luc André Je tiens particulièrement à remercier Claire Rollion-Bard pour ses astuces de pics plats, sa bonnehumeur, son soutien et sa motivation à toute épreuve. Je tiens aussi à remercier Denis Mangin et Michel
Champenois pour leur aide lors des séances de sonde ioniques, les cha rmants surnoms dont ils m'ont affublés pendant ces trois années et leurs blagues quotidiennes. Merci à Marie-Christine Boiron qui m'a fait découvrir le monde des inclusions fluides, pour toutes nos discussions ainsi que ses conseils.Je remercie Bernard Marty qui après avoir été mon professeur en géochimie m'a permis de l'enseigner
à mon tour. Je le remercie aussi pour ses conseils avisés et San Francisco. Je remercie David Jousselin et
Sylvain Bourlange de m'avoir permis de continuer à étudier la gé ologie structurale. Je remercie Damien Jacob du LSPES de Lille pour son aide lors des séa nces de microscope électronique à transmission et Caroline Fitoussi de l'ETH de Zuric h, pour l'analyse de standards et toutes nos discussions sur le silicium. Je remercie aussi Caroline Guilmette duCRPG pour ses analyses de standards
de carbonates et toutes nos discussions scientifiques ou non.. Merci aussi à Béatrice, Guy, Gaston et Emilie avec qui j'ai souven t pu discuter des problématiques de la Terre Primitive et des cherts. Un grand merci à Bruno, Nordine, Jean-Marc, Pierre (la chèvre va me manquer..), Julien, Manu,Isabelle, Aurélie, Cathy, Odile et Martine.
Je tiens aussi à remercier tous ceux qui m'ont écouté, supporté et motivé pendant ces trois ans. La première d'entre elle est bien sûr Aurélia, merci pour tes cons eils et ton aide. Je remercie aussi évidemment Romain l'Auvergnat têtu et roi des barbecues, Marteen pour sa patienc e à toute épreuve, Johann mon "frère" de sonde ionique et de thèse, Magali dite Xénon-Girl, Saholy, Juli en, Nicolas, et puis Tix et François pour les discussions animées et les apéros à la cave, Pete pour sa g entillesse légendaire et San Francisco, le grand Julien pour son esprit de contradiction, PH pour les discussions passion nées, et Guillaume pour le chapeau et les légumes. Ma dernière année de thèse aurait été beaucoup plus compliquée si un petit lutin toujours souriant n'était pas arrivée au CRPG. Merci Aurélie pour ton hu mour et ta joie de vivre. Il y a aussi toutes les personnes que j'ai rencontrées pendant ces tr ois années et avec qui j'ai passé de bons moments et il y en a beaucoup. Je les remercie pour toutes les disc ussions que j'ai pu avoir.Un grand merci à Jey, Joanne, Ben, Loïc, Pollack et tous les autres pour m'avoir écoutée et
supportée pendant ces trois années et pour les nombreuses soirées parisiennes. Je remercie aussi Renate et
Jean-Pierre pour les week-ends allemands et la Forêt Noire.Je tiens à remercier mes parents et mes soeurs d'être de me soutenir et de m'écouter depuis si
longtemps. Enfin un énorme merci à Antoine sans qui cette thèse n'aurait sûrement pas pu aboutir.
Sommaire
Introduction
1 Chapitre 1 : L'environnement de la Terre au Précambrien 51. Introduction
92. Dynam
ique Terrestre 11 3. L'AtmosphËre
274. L'
HydrosphËre
395. Les traces de vie ‡ l'
archÈen 51Chapitre 2 : Les isotopes de l'oxygène et du silicium : définition et applications 59
1. Introduction aux isotopes stables et au fractionnem
ent isotopique 632. Le fractionnem
ent isotopique de l'oxygËne et la reconstitution des palÈo-tempÈratures ocÈaniques 753. Le silicium
: traceur de source et palÈo-thermomËtre 82
4. Conclusions
90Chapitre 3 : Techniques analytiques
911. La préparation des échantillons
952. La m
icroscopie Èlectronique 963. La sonde ionique
974. Techniques d'
Ètude des inclusions fluides
131Chapitre 4 : Présentation et étude pétrographique des cherts : composition, origine et diagenèse 135
1. Définition et Com
position d'un chert 1392. PrÈsentation des divers types de cherts
1473. La diagenËse des cherts
1564. PrÈsentation des cherts PrÈcam
briens 1685. Etude dÈtaillÈe du m
icroquartz 1896. Conclusion
198Chapitre 5 : Effets de la diagenèse et implications pour la reconstruction des paléo-températures océaniques : exemples des cherts de Gunflint (1,9 Ga,
Canada
199Résum
201Article
203Chapitre 6 : Effet des circulations fluides dans un chert archéen : exemple d'un échantillon du groupe d'Onverwacht (3,5 Ga, Afrique du Sud) 219
Résum
221Article
223Chapitre 7 : Compositions isotopiques de l'oxygène et du silicium et concentrations en éléments traces des cherts précambriens : implications sur
les origines du microquartz 279
1. Com
position isotopique de l'oxygène et du silicium 283
2. Concentration des ÈlÈm
ents traces 2973. InterprÈtation et discussion
3034. Conclusion sur les com
positions isotopiques 314Conclusion
317RÈfÈrences Bibliographiques
321Annexes
363Introduction
1 Un des grands paradoxes de l'histoire prÈcoce de la terre est celui du soleil jeune quidevait avoir une luminositÈ plus faible d'environ 30% par rapport ‡ l'actuel. L'eau ‡ cette
Èpoque, pour une atmosphËre identique ‡ aujourd'hui, n'aurait donc du exister que sous forme
de glace, or il existe de nombreuses traces d'eau liquide dont des enregistrementssÈdimentaires de cette Èpoque. Une maniËre d'Èviter que les ocÈans soient gelÈs est l'existence
d'un effet de serre important ‡ cette Èpoque. La nature et la concentration des gaz ‡ effets de
serre qui ont pu produire cet effet sont peu connues et surtout mal ÈtayÈes par les donnÈesgÈologiques. La prÈsence d'eau liquide est un des ÈlÈments primordiaux pour l'apparition de la
vie. La tempÈrature de surface de la terre et notamment celle des ocÈans est donc unparamËtre important ‡ connaÓtre afin de pouvoir reconstituer les conditions environnementales
de la Terre primitive. De plus, la reconstitu tion de ces conditions peut nous permettre de comprendre quels processus ont pu permettre l'apparition de la vie et quels processus peuvent faire varier ces conditions. Les cherts, roches siliceuses formÈes essentiellement de quartz ontsouvent ÈtÈ considÈrÈes comme ayant une origine sÈdimentaire. Le nom Èquivalent ‡ chert en
franÁais est silex, mais ce terme ne recoupe pas totalement la dÈfinition d'un chert, c'est pour
cela que le terme anglais est conservÈ dans cette thËse. Ces roches peuvent avoir conservÈ notamment par le biais de leur composition isotopique en oxygËne et en silicium, des traces de leurs conditions de prÈcipitation. Les cherts ÈtudiÈs dans cette thËse proviennent de diverses collections et un grand nombre d'entre e ux a ÈtÈ ÈtudiÈ dans le cadre de la recherche de traces fossiles. Les Èchantillons archÈens proviennent de deux cratons bien connus, lecraton de Kaapvaal, datÈ de 3,6 ‡ 3,2 Ga situÈ en Afrique du Sud et du craton des Pilbara datÈ
de 3,72 ‡ 2,4 Ga, situÈ en Australie. Les Èchantillons provenant du craton de Kaapvaalquotesdbs_dbs6.pdfusesText_11