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GEOCHIMIE DU NIOBIUM ET DU TANTALE : distribution et fractionnement de ces deux éléments dans les différents réservoirs terrestres. 1.

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1 GEOCHIMIE DU NIOBIUM ET DU TANTALE : distribution et fractionnement de ces deux éléments dans les différents réservoirs terrestres. 1

2 Pourquoi sintéresser au niobium et au tantale ? 2

3 Rb Ba Th Nb Ta La Ce Pr Sr Nd Zr Hf Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu OIB Croûte CONTINENTALE ARC Rb Ba Th Nb Ta La Ce Pr Sr Nd Zr Hf Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Roche / Manteau primitif Nb et Ta : 2 éléments trace au comportement particulier Anomalie négative de Nb-Ta Anomalie positive de Nb-Ta »» Fractionnement de Nb-Ta par rapport aux autres éléments Variation des rapports Nb/Th et Ta/La 3

4 VCr Siderophile à HP Éléments REFRACTAIRES et transitionnels (McDonough & Sun, 1995) Siderophile Fe Ru Os Co Rh Ir Ni Pd Pt Mo WRe Lithophile Hf Be Mg Ca Sr Ba Ti Zr Sc Y La Al Si Th U Ce NdYbLuDy Ho ErTmSmEuGdTbPrPm Nb et Ta : Réfractaires et lithophiles Nb Ta 4

5 Nb Ta Chondrite : Terre non différenciée Nb et Ta lithophiles Nb Ta Noyau Terre silicatée = Manteau primitif (Nb/Ta) chondritique = (Nb/Ta) Terre silicatée Implications de leur caractère réfractaire et lithophile (Nb/Ta) terre globale = (Nb/Ta) reste du système solaire 5 Nb et Ta réfractaires

6 670 km 2900 km D Noyau Manteau (daprès Kellogg et al.,1999) MORB :15,5 (±1) (Jochum & Hofmann, 1998) OIB : <17,5 (Jochum & Hofmann, 1996) 14,7-16,5 (Jochum et al., 1997) Croûte continentale supérieure : <14 (Jochum & Hofmann, 1998) (Barth et al., 2000) Croûte continentale inférieure ? Laves darcs : 17,1-29,7 (Stolz et al., 1996) <17,5 (Plank & White, 1995) Manteau lithosphérique ? Nb/Ta dans les différents réservoirs »» Réservoir caché avec Nb/Ta suprachondritique (>17,5) ? 6

7 Nos moyens… 7

8 Méthode danalyse de Nb et Ta Actuellement 1 méthode : ICP-MS Mesures simultanées des 2 éléments (+ REE…) Limites de détections plus basses Meilleur précision sur le rapport Nb/Ta Analyse dune plus grande varièté de roches Variations de Nb/Ta Avant 2 méthodes différentes XRF : Nb INAA : Ta Nb/Ta constant et chondritique (17,5) 8

9 Sélection des échantillons analysés par ICP-MS 9

10 Nouvelle Zélande Cette étude Cette étude Cette étude Une autre étude Une autre étude Une autre étude 10 Francisco

11 Les résultats des analyses ICP-MS en roche totale : A- t-on trouvé le réservoir suprachondritique ? 11

12 Arcs continentaux et intra-océaniques 1 0, OIB 1 NbTa Croûte continentale supérieure 1 25 MORB 1 Komatiites 1 Lithosphère mantellique 1 Croûte continentale inférieure Nb/Th (0,5) 8,4 Nb/Ta (1) 17, ,5 19,2 23,8 14,4 15,2 16,5 Nb/Ta Moyen 15,5 8,4 17,5 Roche /M.P.

13 Manteau lithosphérique et croûte inférieure : Les réservoirs suprachondritiques manquants ??? 13

14 Craton du Kaapvaal »Microphases ? »Fluides carbonatés ? Solidification graduelle de magmas translithosphériques : basse température ,1 0,01 Roche / manteau primitif Th Nb La Pr Sm Gd Dy Er Yb U Ta Ce Nd Eu Tb Ho Tm Lu Massif Central haute température Manteau lithosphérique 14

15 50 m feldspath clinopyroxene olivine rutiles Les microphases (rutiles) enrichies en Nb et Ta 15

16 Hétérogénéité de certains rutiles 16

17 Roches totales (ICP-MS) Rutiles Résultats des analyses à la microsonde électronique 17

18 Lherzolites à spinelle Barhatny (Sibérie) Carbonatites Tamazert (Maroc) Rb Th Nb La Pr Nd Hf Eu Tb Ho Tm Lu Ba U Ta Ce Sr Zr Sm Gd Dy Er Yb Roche /M.P. Rb Th Nb La Pr Nd Hf Eu Tb Ho Tm Lu Ba U Ta Ce Sr Zr Sm Gd Dy Er Yb Interventions de fluides carbonatés ? 0,01 0, Roche /M.P. 18

19 Craton sino-coréenHoggar Massif Central ,01 0, (Nb/Ta) normalisé M.P. (Nb/Th) normalisé M.P. Xénolites de base de croûte orthodérivés Xénolites de base de croûte paradérivés Croûte supérieure Nb/Ta et Nb/Th dans la crôute continentale 19

20 Nb/Ta Th/La MORB OIB (Base de larc) 20

21 Nb (ppm) Ta (ppm) Nb/TaProportions Manteau lithosphérique 0,80,03522,90,795 Croûte continentale 11,50,814,40,205 Lithosphère (calculée) 3,00,19 15,6 Bilan à léchelle de la lithosphère Les valeurs élevées de Nb/Ta dans la croûte inférieure et le manteau lithosphérique sont dûes à des processus de différenciation interne faisant intervenir des migrations de faibles fractions de liquides. 21

22 OIB : Traces du réservoir caché ??? 22

23 87 Sr/ 86 Sr 206 Pb/ 204 Pb 23 Socièté Marquises Socièté Marquises Hawaii

24 87 Sr/ 86 Sr 206 Pb/ 204 Pb 24 Socièté Marquises Hawaii

25 Nb (ppm) Nb/Th , Nb/Ta Nb (ppm) 0, Base de larc obducté du Kohistan Croûte continentale supérieure (cette étude + littérature) Vanuatu : laves darc intra-océanique Hoggar : laves darc intra-océanique ou continental Pérou : laves darc continental 25

26 Et sil y avait du Nb dans le noyau… 26

27 Paramètres de linversion du bilan de masse de Nb, Ta, Th, La dans la Terre Globale Les concentrations de ces 4 éléments dans la Terre Globale sont chondritiques (Sun & McDonough, 1995) Ta, Th et La sont strictement lithophiles concentration nulle dans le noyau La concentration de Nb dans le noyau est inconnue (100% incertitude) Linformation prise en compte sur les rapports Nb/Ta, Nb/Th et Ta/La est indépendante des concentrations. Les proportions massiques des réservoirs sont établies daprès des données géophysiques (Stacey, 1977; Taylor & McLennan, 1985, 1995; McDonough, 1990, Wedepohl, 1995) 27

28 Croûte continentale supérieure Croûte continentale inférieure Manteau lithosphérique Manteau convectif Noyau ThNb TaLa Résultats de linversion : Répartition de Nb, Th, Ta, La dans les enveloppes terrestres (proportions massiques) 0,15 ppm 28

29 5+ slope 4+ slope Log F O 2 (relative to IW) Log D (metal/silicate) Siderophile Lithophile Core- mantle equilibrium F O 2 Nb Si V Cr Ta P= 25 Gpa T= 2300°C Daprès Wade & Wood,

30 CONCLUSION Pour la plupart des réservoirs de la Terre silicatée : Nb/Ta infrachondritique (<17,5) Seule, la couche à linterface croûte/manteau (croûte inférieure + manteau lithosphérique) : Nb/Ta suprachondritique dû à la migration de faibles fractions de liquides ne contrebalance pas les valeurs infrachondritiques de Nb/Ta Candidats pour le réservoir caché à Nb/Ta suprachondritique : Un réservoir non alimenté par les subductions et qui ne participe pas à la genèse des OIB (Nb/Ta) arcs = (Nb/Ta)manteau convectif (Nb/Ta) faible de la croûte continentale nest pas un héritage de la subduction Pas de composant mantellique à Nb/Ta élevé dans la source des OIB Le noyau

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32 Merci à tous ceux qui ont participé à ce travail : Jean-Louis BodinierClaude MerletDmitri Ionov A lICP-MS : Simone Pourtalès, Liliane Savoyant, Olivier Bruguier Pour la constitution de la base de données : Marguerite Godard, Rosy Bedini, Xavier Lenoir, Olivier Alard, Laure Gerbert-Gaillard, Carlos Garrido. Pour le programme dinversion : Jacques Vernières Pour la collecte, le prêt des échantillons …: Hans Barsczus, Walid Ben Ismaïl, Hervé Bertrand, Louis Briqueu, François Buscail, Renaud Caby, Jeronimo Cruz, Jean-Marie Dautria, Claude Dupuy, Yann lahaye, André Leyreloup, Jean-Michel Liotard, Hervé Martin, Philippe Munier, Pierre Sabaté, Yigang Xu. Pour la préparation des lames minces : Christophe Névado. Bernadette Marie, au secrétariat Tous les thésards pour leur bonne humeur…

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34 Na 2 0 +K 2 O (%) SiO2 (%) 17 < Nb/Ta <20 14 < Nb/Ta <17 Variations de Nb/Ta en fonction des teneurs en alcalins et SiO2 Relation avec le degré de fusion partielle

35 Arcs continentaux et intra-océaniques Croûte continentale supérieure Croûte continentale inférieure Lithosphère mantellique MORB Komatiites OIB Nb/Ta Nb/Th Ta/La 8,4 0,0617,5

36 Arcs continentaux et intra-océaniques Lithosphère mantellique MORB Komatiites Croûte continentale supérieure Croûte continentale inférieure OIB Nb/Th (0,5) 8, Nb/Ta (1) 17,5 0,01 0,

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38 Roches totales (ICP-MS) Rutiles


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