Évolution temporelle des latérites d'Amazonie reconstituée par minéralogie, géochimie et géochronologie

Laterites are deep stratified weathering profiles which form under tropical and subtropical climatic conditions commonly found at the Earth’s continental surface. Although they are very widespread in (sub)tropical areas, many aspects of their genesis and evolution are still not well constrained. Previous studies have shown that they can be very old (Millions of years) and are therefore records of past climate, but little is known about their temporal evolution, notably in relation with climatic and geodynamic changes, due to the small quantity of age data and the difficulty to date this material. The Guiana shield is of particular interest to study laterites as this area remained tectonically stable and in tropical latitudes since the Cretaceous, favoring the formation of very deep lateritic profiles. In this work, two areas were studied: the northeastern rim of the Guiana shield in French Guiana and the eastern rim of the shield in the Brazilian state of Amapá. In both areas, deep (>70 m) lateritic profiles developed on top of Paleoproterozoic basement rocks. The lateritic profiles were studied using mineralogical, geochemical and geochronological tools, notably (U-Th)/He dating and micro X-ray diffraction of supergene hematite and goethite and electron paramagnetic resonance spectroscopy (EPR) of kaolinite. In order to better understand the signification of hematite and goethite (U-Th)/He ages, a theoretical study on the He retention in these supergene minerals has been performed. The results allow to propose correction factors for the (U-Th)/He ages and to better apprehend the signification of these ages.Results from the lateritic-bauxitic duricrust of Kaw mountain in French Guiana indicate that weathering started at least during the Oligocene and was favored during several episodes in the Middle Miocene and the Late Neogene. Coupling of geochronological, geochemical and mineralogical data allows to distinguish between a period of ferruginous lateritic conditions and another one with bauxitic conditions indicating an important change in the weathering conditions. Comparison with other lateritic covers in northeastern French Guiana reveals that these periods also effected other sites in the area and that climate was the main driving force for the Late Neogene bauxitization. In contrast, results from northern Brazil record weathering since the Late Cretaceous and indicate very discrete intervals of weathering at ca. 30 and 12 Ma. The Late Neogene bauxitization event recorded in French Guiana is absent in the studied samples and the therefore very well constrained (U-Th)/He ages, coupled to high resolution micro-XRD analyses, allow to establish a detailed precipitation chronology of the supergene iron (oxyhydr)oxide phases. The results of the EPR analyses of purified kaolinites from two studied profiles indicate that kaolinite in the saprolites of the profiles formed probably several Myr to tens of Myrs ago. At Kaw, in French Guiana, EPR analyses of structural Fe impurities reveal that the kaolinites of the saprolite formed under near identical conditions over 70 m depth. In Amapá, the presence of rather young kaolinite at the top of the studied profile indicates relatively recent rejuvenation of kaolinite at the top but older kaolinite was preserved inside the duricrust as well as in the lower, saprolitic, part of the profile. Finally, this thesis shows that a detailed combination of geochronological results coupled to mineralogical and geochemical analyses improves our understanding of tropical weathering processes and laterite formation by placing mineralogical and geochemical processes into a temporal framework.Les latérites sont d’épais profils d’altération supergène se formant dans des conditions climatiques tropicales et subtropicales communément rencontrées à la surface de la Terre. Bien que très répandues dans les zones (sub)tropicales, beaucoup d’aspects de leur genèse et évolution ne sont pas bien contraints. Des études précédentes ont montré que les latérites peuvent être très anciennes, à l’échelle des millions d’années, et qu’elles constituent donc des archives des climats passés. Néanmoins, la dynamique de l’altération au cours du temps, associée aux forçages climatiques et géodynamiques est encore une question peu explorée, compte-tenu de la difficulté à dater les latérites et les processus de latéritisation. Le bouclier guyanais présente un intérêt particulier pour étudier les latérites car cette région a été tectoniquement stable et à des latitudes tropicales depuis le Crétacé. Des profils latéritiques profonds (>70 m) du bord nord-est (Guyane Française) et est (état brésilien de l’Amapá) du bouclier guyanais ont été étudiés en combinant des approches minéralogiques, géochimiques et géochronologiques, incluant notamment la datation (U-Th)/He sur hématite et goethite, et la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique (RPE) sur kaolinite. Afin de mieux comprendre la signification des âges (U-Th)/He sur goethite et hématite, un travail théorique sur la rétention de l’He dans ces minéraux supergènes a été effectué. Les résultats permettent ainsi de proposer des facteurs de corrections des âges (U-Th)/He. En ce qui concerne les oxydes et hydroxydes de fer, les analyses de la cuirasse ferrugineuse-bauxitique de la montagne de Kaw en Guyane Française indiquent que l’altération a débuté au moins à l’Oligocène et qu’elle a été intense au cours de plusieurs épisodes du Miocène moyen et du Néogène supérieur. Le couplage des données géochronologiques, géochimiques et minéralogiques permet de distinguer des périodes de latéritisation ferrugineuse et de latéritisation bauxitique, impliquant un changement important des conditions d’altération. La comparaison avec d’autres couvertures latéritiques du nord-est du bouclier guyanais montre que ces périodes ont aussi affecté d’autres sites dans la région et que le climat était le facteur le plus important pour la bauxitisation du Néogène tardif. Par contre, les cuirasses ferrugineuses latéritiques du nord du Brésil enregistrent une altération tropicale depuis la fin du Crétacé et indiquent deux épisodes discrets à environ 30 et 12 Ma. L’évènement de bauxitisation du Néogène tardif détecté en Guyane Française est absent dans ces échantillons et les âges (U-Th)/He, qui sont très reproductibles, permettent d’établir une chronologie de précipitation des phases d’oxydes et d’oxyhydroxydes de fer supergènes et de discuter de la durée des processus d’altération. Les analyses par RPE ont été effectuées sur les kaolinites purifiées des deux profils étudiés. Une datation préliminaire suggère que les kaolinites des saprolites se sont formées il y a plusieurs millions ou dizaines de millions d’années. À Kaw, l’analyse par RPE du fer en impureté montre que les kaolinites de la saprolite se sont formées dans des conditions identiques sur presque 70 mètres de profondeur. En Amapá, on observe un rajeunissement relativement récent des kaolinites au sommet du profil, tandis que des kaolinites plus vieilles ont été préservées dans la cuirasse et dans la partie plus basse, saprolitique, du profil. L’analyse du fer structural montre des conditions de formation de kaolinite contrastées dans ce profil. Ainsi, cette thèse montre qu’une approche géochronologique couplée aux analyses minéralogiques et géochimiques améliorent notre compréhension des processus d’altération tropicale, de formation et d’évolution des latérites, en les caractérisant et en les plaçant dans un cadre temporel