Stratigraphie Isotopique du Sr

La Stratigraphie Isotopique du Sr (SIS pour Sr Isotope Stratigraphy) est une méthode bien établie depuis les années 80. Cette méthode s’appuie sur le fait que :

Le Sr incorporé dans la structure atomique d’un carbonate (en substitution aux atomes de Ca dans la stucture CaCO3) aura la même composition isotopique (87Sr/86Sr) que le fluide à partir duquel il a précipité et

la composition isotopique de Sr (87Sr/86Sr) dissous dans l’eau de mer a varié au cours du temps

Les rapports 87Sr/86Sr mesurés sur des échantillons de carbonates précipités à partir de l’eau de mer peuvent donc être utilisés pour dater et corréler les carbonates marins à l’échelle mondiale.

Cette méthode peut être appliquée aussi bien sur des organismes ou micro-organismes séparés (foraminifères, ostracodes, bivalves…) que sur roche totale. 

La principale difficulté de cette approche est de s’assurer que le rapport 87Sr/86Sr mesuré est réellement représentatif de la composition du fluide originale. En effet, les processus post formation tels que processus de diagenèse, altération secondaire des carbonates par de l’eau de mer plus récente et/ou fluides météoriques peuvent modifier la composition isotopique de Sr de l’échantillon après son dépôt et donc son âge calculé.

Figure SIS theory
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L’effet le plus souvent constaté est celui d’une circulation d’eau de mer plus récente qui aura pour conséquence d’augmenter artificiellement le rapport 87Sr/86Sr mesuré de l’échantillon. En effet, dans la mesure où la composition isotopique de Sr de l’eau de mer a principalement augmenté depuis les derniers 100 Ma, alors le rapport 87Sr/86Sr de l’échantillon mesuré sera déplacé vers des valeurs plus élevées. Ainsi, l’âge calculé sera plus jeune que l’âge réel de l’échantillon. 

De la même façon, la présence de matériel détritique (principalement sous forme d’argiles) dans l’échantillon aura pour effet d’altérer les compositions isotopiques de Sr mesurées. Ces contaminations ont généralement pour effet d’augmenter les rapports 87Sr/86Sr mesurés car les minéraux argileux qui sont les principaux contaminants potentiels ont des rapports 87Sr/86Sr généralement très élevés. En effet, les argiles incorporent au moment de leur formation des concentrations importantes de 87Rb qui par désintégration au cours du temps vont produire de grandes concentrations de 87Sr. Ainsi leurs rapports 87Sr/86Sr seront de plus en plus élevés au cours du temps.

Au-delà des objectifs de datation des échantillons, cette méthode peut être utilisée pour tracer des interactions potentielles de fluides circulant dans des séquences sédimentaires ou bien identifier le caractère marin d’un fluide ayant conduit à la précipitation de carbonates et/ou de sulfates. D’autre part, cette approche a été aussi utilisée pour identifier la présence de carbonates d’origine détritique dans des séries sédimentaires (Pasquier et al., 2019).

Nous avons chez SEDISOR développé une méthodologie chimique originale qui permet de monitorer l’évolution de la composition isotopique de Sr d’un échantillon et ainsi cibler la fraction la plus représentative de la composition isotopique du fluide originale. In fine, les âges et incertitudes des échantillons sont calculés en utilisant les abaques du modèle numérique de McArthur (2012, 2020). 

La méthode mise au point chez SEDISOR a été testée et validée par la mesure de nombreux échantillons d’âges, de lithologies (carbonatée, phosphatée et sulfatées) et d’origine géographique différents afin d’avoir la vision la plus exhaustive possible de la fiabilité de la méthode.

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