Développement de la méthode de datation isotopique Sm

Développement de la méthode de datation isotopique Sm-Nd pour les
oxydes d’uranium naturels, et comparaison avec les datations isotopiques
U-Pb par microsonde ionique et LA-ICP-MS
Responsables : Julien Mercadier1 ([email protected]), Béatrice Luais2, Laurie
Reisberg2, Etienne Deloule2, Marc Brouand3
1 : GeoRessources, Campus Aiguillettes, rue Jacques Callot, 54506 Vandoeuvre lès Nancy
2 : CRPG, 15 rue Notre Dame des Pauvres, 54501 Vandoeuvre lès Nancy
3 : AREVA BG MINES, 1 place Jean Millier, 92084 Paris – La Défense
L’objectif de ce projet de recherche Master 2 est de développer une nouvelle méthode
de datation des oxydes d’uranium (UO2) naturels basée sur l’utilisation du système isotopique
Samarium (Sm) – Néodyme (Nd). Les oxydes d’uranium naturels sont conventionnellement
datés par application des systèmes isotopiques U-Pb (206Pb/238U et 207Pb/235U), ces deux
éléments étant présents en tant qu’éléments majeurs (%) dans la matrice de ce minéral, ce qui
permet par exemple d’appliquer cette méthode à petite échelle (dizaine de micromètres) via
l’utilisation d’instruments de type microsonde ionique ou LA-ICP-MS. Les caractéristiques de
cette méthode en font donc un outil de datation particulièrement adapté aux oxydes
d’uranium. Cependant, l’application des systèmes isotopiques U-Pb souffre d’une limitation
majeure, qui est la mobilité potentiellement très importante du plomb radiogénique (c'est-àdire provenant de la décroissance radioactive de l’uranium) lors d’évènement(s) fluide(s)
affectant l’oxyde d’uranium après sa cristallisation. Cela n’est pas le cas d’autres minéraux
datés par U-Pb, comme le zircon ou la monazite, et cette mobilité entraîne des perturbations
importantes des systèmes isotopiques qui rendent questionnables les âges obtenus.
Afin de surmonter cette difficulté, il est proposé de développer une nouvelle méthode de
datation isotopique des oxydes d’uranium, basée sur le couple d’éléments de terres rares SmNd. Les éléments de terres rares sont en effet des éléments qui s’intègrent jusqu’à plusieurs
pourcents au sein des oxydes d’uranium lors de leur cristallisation et qui ne présentent pas de
mobilité post-cristallisation importante. Ce projet de recherche vise donc à mettre en place
une méthodologie dédiée à l’application de ce système isotopique pour les oxydes d’uranium.
Il comporte un important volet de tests analytiques appliqués à des oxydes d’uranium de
référence pour définir les conditions optimales i) de dissolution de la matrice UO2, ii) de
séparation des éléments de terres rares de cette dernière (constituée d’U et Pb, mais aussi
d’autres éléments majeurs potentiels comme Th, Ca, Si) par résines échangeuses d’ions, iii)
de mesure des concentrations en Sm et Nd et rapports isotopiques du Nd par MC-ICPMS (ou
TIMS). Les âges obtenus seront comparés à ceux obtenus par datation classique U-Pb via
l’utilisation de la microsonde ionique du CRPG et le laser-ICP-MS de GeoRessources.
Ce travail se réalisé en collaboration entre les laboratoires GeoRessources et CRPG, en lien
avec l’entreprise Areva. Les travaux seront principalement réalisés au sein de GeoRessources
avec un temps analytique significatif au CRPG pour les mesures isotopiques Sm-Nd par MCICP-MS (ou TIMS) et pour les mesures isotopiques U-Pb par microsonde ionique. L’objectif
de ce développement est son application à court-terme sur des cibles géologiques, dans le
cadre des travaux de recherche sur les gisements d’uranium réalisés au laboratoire
GeoRessources et suivis par Areva.
L’étudiant qui souhaite réaliser ce projet devra être motivé (objectif de publication suite à son
travail) et appliqué (travail analytique de précision basé sur un volet chimie significatif). Ce
travail pourrait déboucher sur une thèse, mais rien de définitif à l’heure actuelle.