GEOCHIMIE DU NIOBIUM ET DU TANTALE :

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

2. 2 Pourquoi s’intéresser au niobium et au tantale ?

3. 3 Rb Th La Pr Nd Hf Eu Tb Ho Tm Lu Rb Th La Pr Nd Hf Eu Tb Ho Tm Lu Ba Nb Ta Ce Sr Zr Sm Gd Dy Er Yb Ba Nb Ta Ce Sr Zr Sm Gd Dy Er Yb Nb et Ta : 2 éléments trace au comportement particulier 1000 1000 Croûte CONTINENTALE OIB ARC Roche / Manteau primitif 100 100 10 10 1 1 Anomalie positive de Nb-Ta Anomalienégativede Nb-Ta »» Fractionnement de Nb-Ta par rapport aux autres éléments Variation des rapports Nb/Th et Ta/La

4. 4 Nb et Ta : Réfractaires et lithophiles Be Mg Al Si Ca Sc Ti V Cr Fe Co Ni Sr Y Zr Ru Rh Pd Nb Mo Pt Os Ir Ba La Hf Ta W Re Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Th U Lithophile Siderophile à HP Siderophile Éléments REFRACTAIRES et transitionnels (McDonough & Sun, 1995)

5. 5 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 et Ta réfractaires Nb Ta Chondrite : Terre non différenciée (Nb/Ta) terre globale = (Nb/Ta) reste du système solaire

6. 6 Nb/Ta dans les différents réservoirs Manteau lithosphérique ? Croûte continentale supérieure : <14(Jochum & Hofmann, 1998) 12-13(Barth et al., 2000) OIB : <17,5(Jochum & Hofmann, 1996) 14,7-16,5 (Jochum et al., 1997) Croûte continentale inférieure ? MORB :15,5 (±1) (Jochum & Hofmann, 1998) Laves d’arcs : 17,1-29,7 (Stolz et al., 1996) <17,5 (Plank & White, 1995) 670 km D’’ Manteau Noyau 2900 km (d’après Kellogg et al.,1999) »» Réservoir caché avec Nb/Ta suprachondritique (>17,5) ?

7. 7 Nos moyens…

8. 8 Méthode d’analyse 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 d’une plus grande varièté de roches • Variations de Nb/Ta • Avant • 2 méthodes différentes • XRF : Nb • INAA : Ta • Nb/Ta constant • et chondritique (17,5)

9. 9 Sélection des échantillons analysés par ICP-MS

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

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

12. Roche /M.P. 1000 90 90 Nb/Ta Moyen 60 Nb/Th (0,5) Nb/Ta (1) Arcs continentaux et intra-océaniques 1 15,5 0,01 55 1 Croûte continentale supérieure 7 4 7 6 Croûte continentale inférieure 5 1 4 3 2 1 30 20 1 Lithosphère mantellique 35 55 MORB 1 13 23 25 Komatiites 1 16 90 1 OIB 8,4 17,5 NbTa 8,4 17,5 60 50 40 13,5 30 20 10 8 19,2 23,8 14,4 15,2 16,5

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

14. 14 Craton du Kaapvaal Massif Central 10 Roche / manteau primitif Solidification graduelle de magmas translithosphériques : 1 »Microphases ? »Fluides carbonatés ? 0,1 basse température haute température 0,01 Th Nb La Pr Sm Gd Dy Er Yb U Ta Ce Nd Eu Tb Ho Tm Lu Manteau lithosphérique

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

16. 16 Hétérogénéité de certains rutiles

17. 17 9513-7 9513-13 Roches totales (ICP-MS) Rutiles Résultats des analyses à la microsonde électronique

18. 18 Rb Th Nb La Pr Nd Hf Eu Tb Ho Tm Lu Rb Th Nb La Pr Nd Hf Eu Tb Ho Tm Lu Ba U Ta Ce Sr Zr Sm Gd Dy Er Yb Ba U Ta Ce Sr Zr Sm Gd Dy Er Yb Interventions de fluides carbonatés ? Lherzolites à spinelle Barhatny (Sibérie) Carbonatites Tamazert (Maroc) 10 Roche /M.P. Roche /M.P. Roche /M.P. 1 0,1 0,01

19. 19 Nb/Ta et Nb/Th dans la crôute continentale Craton sino-coréen Hoggar Massif Central 3 (Nb/Ta) normalisé M.P. 2 1 0 100 10 (Nb/Th) normalisé M.P. 1 0,1 0,01 Xénolites de base de croûte orthodérivés Xénolites de base de croûte paradérivés Croûte supérieure

20. 20 (Base de l’arc) Nb/Ta Nb/Ta OIB MORB Th/La Th/La

21. 21 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. Bilan à l’échelle de la lithosphère

22. 22 OIB : Traces du réservoir caché ???

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

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

25. 25 100 35 30 10 25 Nb/Ta Nb/Th 20 1 15 10 0,1 5 0,1 1 10 100 1000 0,1 1 10 100 1000 Nb (ppm) Nb (ppm) Base de l’arc obducté du Kohistan Vanuatu : laves d’arc intra-océanique Hoggar : laves d’arc intra-océanique ou continental Croûte continentale supérieure (cette étude + littérature) Pérou : laves d’arc continental

26. 26 Et s’il y avait du Nb dans le noyau…

27. 27 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) L’information prise en compte sur les rapports Nb/Ta, Nb/Th et Ta/La est indépendante des concentrations. Les proportions massiques des réservoirs sont établies d’après des données géophysiques (Stacey, 1977; Taylor & McLennan, 1985, 1995; McDonough, 1990, Wedepohl, 1995) Paramètres de l’inversion du bilan de masse de Nb, Ta, Th, La dans la Terre Globale

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

29. 29 3 5+ slope Core-mantle equilibriumFO2 2 4+ slope 1 Log D (metal/silicate) Siderophile Lithophile 0 -1 Nb Si V P= 25 Gpa T= 2300°C -2 Cr Ta -3 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 Log FO2 (relative to IW) D’après Wade & Wood, 2001

30. CONCLUSION • Pour la plupart des réservoirs de la Terre silicatée : Nb/Ta infrachondritique (<17,5) • Seule, la couche à l’interface 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 n’est pas un héritage de la subduction • Pas de composant mantellique à Nb/Ta élevé dans la source des OIB • Le noyau

32. Merci à tous ceux qui ont participé à ce travail : Jean-Louis Bodinier Claude Merlet Dmitri Ionov A l’ICP-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 d’inversion : 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…

34. Variations de Nb/Ta en fonction des teneurs en alcalins et SiO2 Relation avec le degré de fusion partielle 10 17 < Nb/Ta <20 9 8 14 < Nb/Ta <17 7 6 Na20 +K2O (%) 5 4 3 2 1 0 35 40 45 50 55 SiO2 (%)

35. Nb/Ta Ta/La Nb/Th 17,5 0,06 8,4 Arcs continentaux et intra-océaniques Croûte continentale supérieure Croûte continentale inférieure Lithosphère mantellique MORB Komatiites OIB

36. 90 60 Nb/Ta (1) Arcs continentaux et intra-océaniques Nb/Th (0,5) 1 55 95 Croûte continentale supérieure 1 7 4 Croûte continentale inférieure 1 20 30 Lithosphère mantellique 1 35 55 MORB 1 13 23 Komatiites 1 16 90 1 OIB 17,5 8,4 1000 100 10 0,1 0,01

38. Roches totales (ICP-MS) Rutiles