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ORSAY n* d'ordre UNIVERSITE DE PARIS-SUD CENTRE D'ORSAY THESE présentée Pour ob

ORSAY n* d'ordre UNIVERSITE DE PARIS-SUD CENTRE D'ORSAY THESE présentée Pour obtenir Le grade de DOCTEUR es SCIENCES NATURELLES PAR Chantai BONNOT-COURTOIS Géochimie des Terres Rares dans les principaux milieux de formation et de sédimentation des argiles A soutenue le 3 Avril 1981 devant la Commission d'examen MM. G. MILLOT M. TREUIL H. CHAMLEY M.STEINBERG J. TRICHET J.Ch. FONTES Président Rapporteur f - 10 - REMERCIEMENTS Cette thèse n'est pas un travail solitaire; ce n'est actuellement ni possible, ni même souhaitable. Au cours de ces années, j'ai pu bénéficier de l'aide et de l'expérience de nombreuses personnes, sans lesquelles ce mémoire n'existerait pas. En premier lieu, je voudrais exprimer ma reconnaissance envers Monsieur M. STEINBERG, mon "Patron", qui a été à l'origine de ce sujet de recherche et m'a laissé entière liberté pour le mener selon mes goûts. Il a également corrigé, discuté, amélioré la rédaction de ce mémoire. Qu'il veuille bien trouver ici l'expression de mes très sincères remerciements. Malgré ses nombreuses et lourdes charges, Monsieur le Doyen G. MILLOT, membre de l'Institut, m'a fait l'honneur de bien vouloir présider mon jury de thèse. Je lui présente ici l'expression de mes remerciements les plus respectueux. C'est avec Monsieur M. TREUIL que j'ai entendu pour la première fois parler des Terres Rares, au cours de la maftrise de géologie. Il m'a ensuite accueillie dans le Groupe des Sciences de la Terre du laboratoire d'Activation Neutronicjue Pierre Sue, sans jamais compter les analyses ni les objets étudiés. Il a suivi ce travail et a accepté d'en être le rapporteur, je tiens à lui exprimer toute ma gratitude. Monsieur H. CHAMLEY a fait confiance a. la géochimie des Terres Rares dans les sédiments argileux. Nous avons souvent discuté des résultats, et il a su tempérer ma prudence naturelle en me communiquant son enthousiasme. Je le remercie très sincèrement d'avoir également accepté de juger ce travail. Monsieur J. TRICHET, mon "parrain" auC.N. R.S. , a suivi, d'années en années, la progression de cette recherche. Il a accepté de faire partie de ce jury ; qu'il trouve ici les remerciements d'une de ses filleules. Enfin, Monsieur J-Ch. FONTES a accepté de juger ce travail, relativement éloigné de ses préoccupations immédiates, je l'en remercie. Ce travail n'a pu être réalisé que grâce à de nombreuses colla- borations, depuis les hommes de "terrain" jusqu'aux "gens de laboratoire". Tous les échantillons m'ont été fournis par des chercheurs qui ont, par ailleurs, mené d'autres études. Je n'apportais que les Terres Rares. - 11 - Tout d'abord, j'ai eu beaucoup d'échanges scientifiques avec l'équipe du Centre de Sédimentologie et Géochimie de la Surface de Stras- bourg. Tous mes remerciements vont à Mme C. MOSSER qui m'a fourni les argiles d'altération continentale, a. Mr F. WEBER qui m'a généreuse- ment donné de grandes quantités d'illite pure, et à Messieurs T. JUTEAU et Y. NOACK qui m'ont permis d'aborder l'étude des produits d'altération sous-marine. Un dialogue privilégié s'est instauré avec Messieurs M. HOFFERT et A. SCHAAF et Melle A. M. KARFOFF pour l'étude des sédiments océaniques profonds. Je les remercie de leur amitié et de leur confiance grâce auxquelles nous avons pfï faire un travail d'équipe. Des discussions fertiles ont souvent eu lieu avec Mr N. CLAUER dont les préoccupations isotopiques rejoignaient mes terres rares. Merci aussi à Melle H. PAQUET et à Mr N. TRAUTH de l'accueil qu'ils m'ont réservé a chacune de mes visites à Strasbourg. Au tout début de ce travail, Mr O.S. ODIN m'a procuré ses très beaux échantillons de glauconies. En 1977, Mr L. LECLAIRE m'a permis de faire du "terrain" en me faisant participer à une campagne océanographique du Marion Dufresne dans l'océan Indien. Il m'a également donné des nodules du même océan. Qu'ils trouvent ici l'expression de tous mes remerciements. Une place toute particulière revient à l'équipe du Laboratoire Pierre SUe , à Saclay. Chercheurs et techniciens m'ont aidée presque quotidiennement et ont supporté ma "maniaquerie" pour les analyses. Je pense surtout à Messieurs J. L. JORON, H. JAFFREZIC et G. MEYER du groupe des Sciences de la Terre, et aussi à Mr D. NAU qui a assuré le bon déroulement des irra- diations. Enfin, Mme N. JAFFREZIC-REMAULT m'a fait bénéficier de sa connaissance des réactions d'échange d'ions ; je les en remercie très sincè- rement. A Orsay, j'ai eu des discussions scientifiques parfois passionnées et toujours amicales avec Messieurs A. DESPRAIRIES, M. RIVIERE, S. TLIG, F. MASSARD, A. DECARREAU et F. ARBEY, sans oublier MeIIeA. MARTIN. Je remercie également tous les collaborateurs techniques : Mme M. HAYET pour les nombreuses et minutieuses pesées des échantillons, Melle N. MOUREAU pour les analyses chimiques, Melle S. VERNHET pour les déterminations diffractométriques, et puis, dans la phase finale de ce travail, Mme R. COQUELLE pour la frappe des tableaux, Melle M. WIBER pour la réalisation des dessins, Mr et Mme HAYET pour le tirage et la mise en page définitive de ce mémoire, Mr J. DIDELOT pour la réalisation des diapositives. A Tous, un très grand merci, et que celles ou ceux que j'ai dû involontairement oublier veuillent bien m'en excuser. Enfin, toute ma reconnaissance va à mes Parents, qui ont consenti des sacrifices pour permettre à leurs nombreux enfants de faire des études supérieures. Je les remercie tous deux très affectueusement. Ft puis, Pierre, mon mari, et Marie-Laure, "ma puce" , ont supporté la rédaction de ce travail comme un long "embarquement". Ils savent combien je dois à leur patience, leur complicité, leurs sourires. Je leur dédie cette thèse et les remercie pour tout. Orsay, Mercredi 18 Mars 1981. T - 12 - SOMMAIRE Pages INTRODUCTION 1 Première Partie GEOCHIMIE GENERALE DES TERRES RARES CHAPITRE I - La famille des terres rares. Propriétés chimiques générales 5 CHAPITRE II - Les terres rares dans les roches et dans les eaux 25 Deuxième Partie LE COMPORTEMENT DES TERRES RARES AU COURS DE L'ALTERATION CONTINENTALE CHAPITRE III - Les terres rares dans les profils d'altération naturels. . . 49 CHAPITRE IV - Le comportement des terres rares dans quelques altéra- tions expérimentales 67 CHAPITRE V - L e comportement des terres rares au cours de l'altération continentale. Synthèse des résultats. Comparaison avec d'autres éléments 73 Troisième Partie LE COMPORTEMENT DES TERRES RARES DANS LES MINERAUX ARGILEUX DES MARGES CONTINENTALES CHAPITRE VI - Les terres rares dans les argiles héritées des marges continentales 85 CHAPITRE VII - Entrainement expérimental des terres rares sur les minéraux argileux 103 CHAPITRE VIII - Les terres rares dans les glaucomes 115 - 13 - Quatrième Partie LES TERRES RARES DANS LE DOMAINE OCEANIQUE CHAPITRE IX - Les terres rares dans l'altération sous-marine 133 CHAPITRE X - Les terres rares dans les dépots hydrothermaux J45 CHAPITRE XI - Las terres rares dans les "argiles rouges des grands fonds " 157 CHAPITRE XII - Les terres rares dans les nodules polymétalliques... . J 79 CONCLUSIONS GENERALES 193 IN T R O D U C T I O N La géochimie des terres rares a beaucoup apporté à la compréhension des processus magmatiques. L'étude de ces éléments dans les roches sédimentaires est plus récente et a trouvé une application immédiate : la distribution spécifique des terres rares dans l'eau de mer permettait de caractériser les phases authigènes et, ainsi, de les distinguer des phases terrigènes. On disposait là d'une empreinte digitale du milieu océanique. Plusieurs domaines restent encore inexploités : - Le comportement des terres rares au cours de l'altération continentale est réputé très homogène, mais a surtout été étudié sur des roches totales. Les produits d'altération ont, globalement, la même distribution de terres rares que leur roche mère Mais, on ne sait pas à quelle phase minéralo- gique des altérites les terres rares sont préférentiellement liées. Nous avons alors essayé de travailler sur des smectites et aussi de comparer le comportement des terres rares avec celui d'autres éléments majeurs ou en trace au cours de ces phénomènes d'altération. - Dans le domaine océanique, les récentes campagnes de forage du Glomar Challenger ont permis de disposer d'un échantillonage abondant et varié des produits d'altération de la croûte océanique, qu'il s'agisse d'une altération à basse température ou de phénomènes hydrothermaux. Ceci permettait une étude plus détaillée du comportement des terres rares au cours de l'altéra- tion sous-marine. En effet, les causes exactes de la distribution des terres rares dans l'eau de mer sont encore mal définies. En particulier, le bilan de ces éléments dans le milieu océanique n'est pas équilibré. Ce travail reprend l'étude de la géochimie des terres rares dans le domaine sédimentaire avec deux objectifs principaux : (1), mieux connaftre le comportement de ces éléments dans les processus de la surface , (2) déterminer si les terres rares pouvaient être utilisées comme marqueur des conditions de genèse des minéraux argileux. - 15 - - 2 - II m'a donc semblé que cette étude devait comporter des exemples, souvent dispersés, mais représentatifs des trois grandes étapes du cycle externe : altération, transport, sédimentation. Les analyses concernent essentiellement les minéraux argileux et, parmi ceux-ci, presque ex..lusivement les uploads/Geographie/ these-geochimie-des-terres-rares-dans-les-principaux-milieux-de-formation-et-de-sedimentation-des-argiles.pdf