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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 Pr

écambriens :

Implications Paléo-environnementales Thèse

présentée pour l'obtention du titre de

Docteur de l'institut National P

olytechnique de Lorraine spécialité Géosciences par

Johanna 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 Rapporteur

Centrale, Tervuren

IPGP, Paris Examinateur

CRPG, Nancy Examinateur

CRPG, Nancy Directeur de ThËse LMCM -Mnhn, Paris Co-directeur de ThËse

G2R, 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 bonne

humeur, 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 du

CRPG 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 s

ûrement pas pu aboutir.

Sommaire

Introduction

1 Chapitre 1 : L'environnement de la Terre au Précambrien 5

1. Introduction

9

2. Dynam

ique Terrestre 11 3. L'

AtmosphËre

27
4. L'

HydrosphËre

39

5. Les traces de vie ‡ l'

archÈen 51
Chapitre 2 : Les isotopes de l'oxygène et du silicium : définition et applications 59

1. Introduction aux isotopes stables et au fractionnem

ent isotopique 63

2. Le fractionnem

ent isotopique de l'oxygËne et la reconstitution des palÈo-tempÈratures ocÈaniques 75

3. Le silicium

: traceur de source et palÈo-thermomËtre 82

4. Conclusions

90

Chapitre 3 : Techniques analytiques

91

1. La préparation des échantillons

95

2. La m

icroscopie Èlectronique 96

3. La sonde ionique

97

4. Techniques d'

Ètude des inclusions fluides

131
Chapitre 4 : Présentation et étude pétrographique des cherts : composition, origine et diagenèse 135

1. Définition et Com

position d'un chert 139

2. PrÈsentation des divers types de cherts

147

3. La diagenËse des cherts

156

4. PrÈsentation des cherts PrÈcam

briens 168

5. Etude dÈtaillÈe du m

icroquartz 189

6. Conclusion

198
Chapitre 5 : Effets de la diagenèse et implications pour la reconstruction des paléo-températures océaniques : exemples des cherts de Gunflint (1,9 Ga,

Canada

199

Résum

201

Article

203
Chapitre 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

221

Article

223
Chapitre 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 297

3. InterprÈtation et discussion

303

4. Conclusion sur les com

positions isotopiques 314

Conclusion

317

RÈfÈrences Bibliographiques

321

Annexes

363

Introduction

1 Un des grands paradoxes de l'histoire prÈcoce de la terre est celui du soleil jeune qui

devait 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 enregistrements

sÈdimentaires 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 donnÈes

gÈologiques. 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 un

paramËtre 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 ont

souvent 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, le

craton 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