Une étude, dont les résultats intitulés «Nanoscale resetting of the Th/Pb system in an isotopically-closed monazite grain: A combined atom probe and transmission electron microscopy study» ont été publiés dans la revue Geoscience Frontiers, ouvre la voie vers la géochronologie à l’échelle nanométrique et la possibilité de tracer des processus indétectables à plus grande échelle, grâce à la combinaison de deux techniques analytiques de pointe, le Microscope Electronique en Transmission et la Sonde Atomique Tomographique.

Rappelons tout d'abord que, «pour comprendre l'évolution planétaire», la méthode de datation «la plus largement utilisée est basée sur la désintégration radioactive des isotopes pères», uranium (U) et thorium (Th), en isotopes fils, plomb (Pb), «dans des minéraux accessoires tels que le zircon et la monazite».

Cependant, «la principale hypothèse sur laquelle repose la datation radiométrique» qui suppose «que les radionucléides (pères et fils) sont immobiles dans le réseau cristallin du minéral hôte», est «souvent transgressée et il est finalement assez fréquent d’avoir une redistribution des éléments parents (U, Th), et du Pb (radiogénique ou pas) dans ces minéraux au cours de leur histoire, rendant l'interprétation géochronologique incertaine». Ainsi, par exemple, «dans les systèmes U–Pb, une perturbation des systèmes sera identifiée par des dates ²³⁸U/²⁰⁶Pb et ²³⁵U/²⁰⁷Pb discordantes».

Dans ce contexte, «de récentes études ont montré que pour comprendre les mécanismes responsables des mobilités isotopiques père-fils, et ainsi fournir une interprétation rigoureuse des dates, il est nécessaire d’améliorer la résolution spatiale et donc caractériser les échantillons à l'échelle nanométrique».

Pour sa part, l'étude ici présentée s'est intéressée «à des cristaux de monazite provenant de Granulites de Ultra-Haute Température (UHT ; >900°C) du Rogaland (Norvège)», car «ces monazites ont enregistré des dates U-Pb concordantes (mesurées par LA-ICP-MS ; Laurent et al., 2016) s’étalant sur plus de 100 Ma, dans trois domaines intra-cristallins donnant des âges isotopiques U-Pb distincts de 1034 ± 6 Ma (D1; cœur riche en S), 1005 ± 7 Ma (D2) et 935 ± 7 Ma (D3)».

Il a été révélé, grâce «à l'analyse combinée par Microscope Electronique en Transmission (MET) et Sonde Atomique Tomographique (APT) de ces cristaux de monazite», l'isolement «de deux réservoirs de Pb radiogéniques (Pb*) différents à l'échelle nanométrique: en fait, «les cœurs de ces monazites (D1) contiennent des nano-clusters (5-10 nm) riches en CaSO₄ , exsolvés lors du refroidissement».

Au bout du compte, cette étude montre que pendant toute la durée du métamorphisme de Ultra-Haute Température (100 Ma), «le Pb* est mobile, diffuse en continu et est piégé dans ces nano-clusters». A cause de cela, on a «une remise à zéro (système ouvert) du système chronométrique Th/Pb à l’échelle nanométrique qui aboutit à la formation d’une matrice appauvrie en Pb* et de nano-clusters enrichis en Pb*».

Ensuite, «lorsque la température devient trop basse pour que le Pb* diffuse (<700°C), le système chronométrique se ferme (y compris à l’échelle nanométrique); la matrice enregistre donc le rapport isotopique Th/Pb correspondant à la fin du métamorphisme de UHT», tandis que le système, qui est «resté clos à l’échelle du grain», enregistre «l’âge de cristallisation lors du métamorphisme de UHT (à 1 Ga) et valide de fait les analyses LA-ICP-MS obtenus précédemment (Laurent et al., 2016)».