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Soutenance de thèse de Jesse Davenport

Mardi 18 décembre 2018, amphi du CRPG

Traçage isotopique de l’altération du silicate et du carbonate dans le système érosif de l’Himalaya

Au cours de la dernière partie de l’ère cénozoïque, l’altération des lithologies himalayennes a potentiellement impacté un certain nombre de cycles géochimiques et biogéochimiques, qui constituent ensemble le cycle global du carbone. Pour pouvoir contraindre et comprendre les processus qui se sont produits dans l’Himalaya et qui ont affecté ces cycles, nous devons être en mesure de distinguer les signatures de l’altération du silicate et du carbonate dans la charge dissoute des fleuves de l’Himalaya. Des études antérieures ont tenté de le faire en utilisant diverses méthodes, qui incluent la modélisation du budget en isotopes des éléments majeurs et Sr, ainsi que des techniques isotopiques non traditionnelles. Cependant, il n’existe toujours pas de consensus clair sur l’ampleur et le flux de l’altération du silicate dans l’Himalaya. Cette thèse propose l’utilisation du 40Ca, un produit de désintégration de 40K, comme traceur pouvant améliorer la quantification du flux d’altération du silicate et du carbonate dans la charge dissoute des rivières himalayennes. Des travaux antérieurs ont montré que le budget de l’eau de mer 40Ca est dominé par une source de manteau, de sorte que les carbonates marins ont une signature homogène de ε40Ca indiscernable ou légèrement élevée par rapport à la valeur du manteau (c’est-à-dire ε40Ca = 0). En revanche, la croûte supérieure de silicate, avec un rapport K/Ca d’environ 1, devrait avoir développé une composition radiogénique d’environ +2–3 ε- units. La différence entre la signature en Ca radiogénique des lithologies de carbonate et de silicate peut donc être utilisée pour différencier l’altération du carbonate et du silicate dans la charge dissoute des rivières.

Nous présentons ici une étude géochimique comprenant des analyses de Ca radiogénique des rivières drainant les principales unités lithologiques de l’Himalaya, ainsi que des résultats provenant de sédiments, de substrat rocheux, de sol et de gravier. Nos résultats montrent que les carbonates/dolomites de l’Himalaya ne présentent pas d’excès de 40Ca radiogénique (ε40Ca = 0) malgré des signatures très variables 87Sr/86Sr (0.73–0.85), alors que les sédiments et les roches sédimentaires sont radiogènes (ε40Ca = +0.9 à +4). Ceci suggère que pour Ca, contrairement à Sr, l’échange isotopique entre les lithologies silicate et carbonate a été minime. La composition en Ca radiogène de l’eau des rivières va de +0.1 dans les captages à prédominance carbonatée à +11 unités dans les rivières drainant des bassins versants silicatés. Pour les grandes rivières, les estimations du budget relatives à l’altération du silicate et du carbonate sur la base des éléments principaux et la composition en Ca radiogénique tendent à concorder. Cependant, pour certaines rivières plus petites, en particulier celles drainant des bassins à dominance silicatée dans les formations cristallines de l’Himalaya supérieur (HHC) et du Petit Himalaya (LH), certaines divergences sont observées. Celles-ci ne peuvent pas être attribuées à une définition imprécise de la composition chimique ou radiogénique en Ca des pôles de mélange utilisés pour la modélisation budgétaire, car les valeurs requises pour résoudre le modèle ne sont pas raisonnables. Ils ne peuvent pas non plus être expliqués par la précipitation de carbonates secondaires dans les rivières car la composition non radiogénique de la fraction de carbonates dans les sédiments suggère que ce processus n’est que mineur. Au contraire, ces différences peuvent être dues à la dissolution/altération des traces de calcite radiogénique contenues dans les lithologies de silicate HHC et LH. Semblable à ce qui a été suggéré précédemment pour Sr, le vieillissement de ce matériau, qui ne représente qu’une infime partie de la surface du captage du silicate, pourrait produire une proportion substantielle du Ca radiogénique et pourrait ainsi avoir une influence significative sur le calcul des budgets de ces bassins à partir des données isotopiques. Néanmoins, comme cet effet est observé principalement dans les bassins à faible taux d’érosion des silicates, son influence sur les estimations du flux global de vieillissement du silicate sera mineure. Plus généralement, les résultats de cette thèse impliquent que le système 40K–40Ca permet une résolution de problématiques qui ne peuvent pas être approfondies avec succès à l’aide d’isotopes Sr dans l’Himalaya. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour définir la gamme complète des compositions de Ca radiogénique dans l’Himalaya afin de répondre clairement aux questions concernant les flux d’altération des silicates.

Membres du jury

François CHABAUX, LHyGeS, Strasbourg, rapporteur
Nathalie VIGIER, LOV, Villefranche-sur-Mer, rapportrice
Catherine CHAUVEL, IPGP, Paris, examinatrice
Laurie REISBERG, CRPG, Vandoeuvre-lès-Nancy, examinatrice
Guillaume CARO, CRPG, Vandoeuvre-lès-Nancy, directeur de thèse
Christian FRANCE-LANORD, CRPG, Vandoeuvre-lès-Nancy, directeur de thèse
Jérôme LAVÉ, CRPG, Vandoeuvre-lès-Nancy, invité




publié lundi 10 décembre 2018