GEC

Fabrique magnétique

Nous mesurons en laboratoire la fabrique magnétique des matériaux géologiques. Nous utilisons cette propriété physique pour caractériser l’état de la déformation finie de roches qui ont été soumises à des régimes de contraintes naturelles. La fabrique magnétique fait partie des méthodes analytiques utilisées dans le domaine des Sciences de la Terre pour la détermination de la pétrofabrique des roches.

Les objets géologiques que nous étudions sont principalement situés dans les zones externes de ces chaînes de montagnes. L’intérêt majeur d’utiliser la fabrique magnétique dans de telles zones tient au fait que les marqueurs de la déformation s’expriment peu ou pas à l’échelle de l’affleurement. Les structures que l’on observe généralement sur le terrain sont le produit de la tectonique cassante. La fabrique magnétique permet alors dans de ce type de contexte d’accéder à la déformation interne des roches, invisible sur le terrain.

Les atouts majeurs de cette technique sont la sensibilité, la rapidité d’acquisition des mesures et la simplicité de mise en œuvre. Ainsi, on peut détecter des anisotropies associées aux déformations inférieures à 1% sur des échantillons de 10 cm3 en moins de 5 minutes. Une mesure permet de moyenner l’orientation préférentielle de 103 à 109 grains, qui peuvent être des grains ferromagnétiques (magnétites, hématites, sulfures de fer), paramagnétiques (argiles, silicates) ou diamagnétiques (calcites, quartz). Cette méthode d’acquisition de la pétrofabrique est actuellement l’une des plus performantes dans le domaine des Sciences de la Terre.

Les différentes méthodologies possibles :

  • Origine de l’anisotropie magnétique à l’échelle du grain

Le principe de la méthode est basé sur le fait que l’aimantation d’une substance cristallisée s’oriente préférentiellement selon certaines de ses directions cristallographiques. Ces directions sont les axes de facile aimantation. L’anisotropie qui apparaît ainsi porte le nom d’anisotropie magnétocristalline. Cette anisotropie est liée à la symétrie de la substance cristallisée et elle concerne tous les minéraux présents dans les roches (substances dia-paramagnétiques et ferromagnétiques au sens large). L’intensité de l’anisotropie magnétocristalline va dépendre de degré de symétrie du minéral. Plus son degré de symétrie est élevé plus l’intensité de l’anisotropie est faible.

Une autre "source" d’anisotropie magnétique, l’anisotropie de forme, peut aussi contribuer à la mesure de l’anisotropie magnétique dans les roches. Elle est liée à la forme du cristal et du champ démagnétisant qui lui est associé. Elle devient prépondérante devant l’anisotropie magnétocristalline quand, d’une part, la susceptibilité de la substance est grande et, d’autre part, quand la symétrie du cristal est élevée. On admet qu’elle ne concerne que la magnétite et ses dérivés enrichis en titane.

  • L’anisotropie magnétique et la fabrique magnétique à l’échelle de l’échantillon

Quand le champ magnétique appliqué est faible (de l’ordre du champ magnétique terrestre, soit environ 50.10-6 T) la relation entre le champ appliqué dans l’espace et l’aimantation mesurée peut être décrite par un tenseur symétrique de rang deux. Nous associons l’anisotropie ainsi déduite de la mesure de l’aimantation à l’orientation préférentielle des axes de facile aimantation (si l’anisotropie intrinsèque est magnétocristalline), ou à des directions de facile aimantation (si l’anisotropie intrinsèque et liée à la forme).

La fabrique magnétique est la distribution des axes d’anisotropie du tenseur mesuré sur une population d’échantillons (plus de 10 échantillons). On représente les axes de la fabrique magnétique dans un diagramme stéréographique equi-aire en projection sur l’hémisphère inférieur. Trois axes perpendiculaires deux à deux sont ainsi représentés : l’axe maximum (un carré), intermédiaire (un rectangle), minimum (un cercle). Le géologue retrouve des objets géométrique familiers telles que la linéation magnétique (axes maximum) et la foliation magnétique (dont le pole est l’axe minimum). Ces objets sont directement comparés -et très souvent comparables- à la pétrofabrique de la roche. Une moyenne tensorielle permet de calculer un tenseur moyen qui précise l’homogénéité de la fabrique à l’échelle de plusieurs échantillons (4 à 6 dans les granites, mais généralement de 8 à 16 dans les autres roches).

  • Les différents types d’anisotropie mesurés

Nous utilisons plusieurs techniques pour accéder à la fabrique magnétique des roches. Elles diffèrent les unes des autres par la nature de l’aimantation induite ou rémanente mesurée :

- L’Anisotropie de la Susceptibilité Magnétique en champ faible (ASM) est de loin la méthode la plus couramment utilisée pour mesurer la fabrique magnétique des roches. On peut se reporter aux articles de revue écrits sur la méthode et ses applications géologiques par Hrouda (1982),Borradaile (1988) et Rochette et al. (1992), Borradaile et Henry(1997).

- L’Anisotropie de la Rémanence (AR) est obtenue à partir de la mesure de l’Aimantation Rémanente Isotherme (ARI) ou de l’Aimantation Rémanente Anhystérétique (ARA). A l’origine, ce type d’anisotropie était déterminé pour estimer l’erreur faite sur la mesure de l’inclinaison du vecteur paléomagnétique. En effet, une forte anisotropie intrinsèque des minéraux ferromagnétiques présents dans la roche, induira une déviation de l’aimantation rémanente naturelle par rapport un champ magnétique terrestre.

L’intérêt de mesurer l’anisotropie de la rémanence est qu’elle permet d’accéder de façon sélective aux seules espèces ferromagnétiques s.l. présentes dans la roche. En revanche l’ASM, donne la distribution de l’ensemble des espèces qui constituent la roche (dia- para- et ferromagnétique).

Jackson (1990) traite de l’utilisation de ces deux techniques et donne un bon aperçu des potentialités qu’elles offrent sur la base d’applications géologiques. Des publications récentes du laboratoire illustrent les applications de cette technique dans les zones externes des chaînes de montagne en particulier pour étudier les déformations engendrées lors de l’inversion de bassins d’avant pays : Aubourg & Robion (GJI,2002) et Souque et al., (PCE, 2002).

Equipement :

L’ensemble des appareils disponibles permet de faire des études complètes de l’anisotropie magnétique (rémanence et susceptibilité) et de déterminer les caractéristiques essentielles des minéraux magnétiques présent dans nos échantillons (moment rémanent à saturation et température de blocage). L’aimantation qu’elle soit produite par un champ continu ou par la combinaison d’un champ alternatif et d’un champ continu est mesurée avec un magnétomètre spinner de type JR-6A :


Par ailleurs nous pouvons aussi réaliser des études paléomagnétiques complètes grâce à notre magnétomètre JR-6A associé au four et désaimanteur par champ alternatif.

  • Acquisition de l’Anisotropie de Susceptibilité Magnétique (ASM) :

- Un pont d’impédance de type Kappabridge AGICO KLY3S

  • Acquisition d’Aimantation Rémanente Isotherme (ARI) :

- Aimantation :une bobine en champ continu Faible de 0 et 20 mT : AGICO PUM-1 ;


- Aimantation Rémanente Anhystérétique (ARA) : Une bobine système AGICOAMU-1 qui comprend une bobine en champ alternatif (champ maximum applicable 100 mT) couplée à une bobine en champ continu (de 0 à 200 microT).

  • Autres appareils permettant la détermination de la minéralogie magnétique :

- 1 Pulse Magnetizer ASC SCIENTIFIC modèle IM0. Cet appareil permet de réaliser des courbes de saturation jusqu’à 1,7T ;


- 1 four désaimanteur MMTD18. Avec ce four on désaimante par étapes successives jusqu’à 700°C. La capacité du four est de 18 échantillons.

Récemment nous avons construit une cage d’Helmholz qui nous permet de créer dans un certain volume un environnement de travail à champ magnétique ambiant nul dans lequel peuvent être placés nos appareils de mesure. On s’affranchit ainsi du champ magnétique terrestre ambiant.

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