Uranium en ballade… sur des nanomètres.

Dans la nature, de nombreuses roches contiennent de petites quantités de minéraux, appelés « minéraux accessoires ». Le zircon [ZrSiO4] est certainement l’un des plus réputé, car le plus utilisé pour dater les évènements et les roches les plus anciennes par la méthode isotopique U/Pb. Le zircon contient de l’U dans sa structure, et, comme d’autres minéraux accessoires radioactifs, il est soumis au fil du temps, sur plusieurs millions d’années, aux effets d’irradiation liés à la désintégration de l’U (et du Th). L’irradiation a pour conséquence d’endommager la structure cristallographique (amorphisation = destruction du réseau cristallin), et en particulier de l’ouvrir aux interactions avec les fluides géologiques; les zones amorphes seront notamment plus altérables. Ces changements des propriétés physico-chimiques peuvent favoriser des pertes ou gains d’U et de Pb et donc induire des perturbations du système chronométrique U/Pb. Les âges mesurés sont donc biaisés et les interprétations géologiques hasardeuses.

Dans la présente étude, nous avons travaillé en collaboration avec le service géologique de Norvège (B. Bingen) et l’Université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand (J.L. Paquette et V. Bosse). Nous disséquons les zircons que nous avons échantillonnés dans une pegmatite du sud de la Norvège. Nous couplons des observations à l’échelle nanométrique au microscope électronique en transmission, des analyses microchimiques à la microsonde électronique, et des analyses isotopiques U-Pb par LA-ICP-MS (Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)in situet «en contexte». Nous montrons que l’amorphisation des zircons est responsable de leur gonflement et de la formation de fractures radiales (Photo centrale) à travers lesquelles un fluide a certainement circulé et altéré ces cristaux. Cette amorphisation en présence de fluide favorise la formation de nanopores dans les zircons. Le fluide circulant dans les pores, transporte en particulier de l’U, qui précipite sous forme de cristaux d’oxydes d’U de tailles inférieures à la centaine de nanomètres. La circulation des fluides favorise la mobilisation d’éléments tels que le Pb et l’U vers l’intérieur et vers l’extérieur du zircon, et donc provoque de fortes perturbations du système chronométrique U-Pb. L’interprétation géologique des âges apparents mesurés est donc hautement spéculative (Figure de gauche). Cette étude est la première, à notre connaissance, qui démontre un gain d’U dans le zircon, révélé à l’échelle nanométrique, comme un des facteurs de perturbation des âges U-Pb.

Ces résultats soulignent également la capacité du zircon à piéger l’uranium, grâce à la présence de cette nanoporosité. Cette propriété suggère que, même amorphisé et altéré, le zircon resterait une bonne « matrice » pour le stockage des déchets nucléaires (par exemple les déchets de haute activité à vie longue tels que les actinides mineurs)!

Référence :

Seydoux-Guillaume A.-M., Bingen B., Paquette J.-L., and Bosse V. (In press). Nanoscale evidence for Uranium mobility in zircon and the discordance of U-Pb chronometers. Earth and Planetary Science Letters, http//dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2014.10.044

Contact : Anne-Magali Seydoux-Guillaume