Thèse Paléointensité In Situ et Cartographie Magnétique Vers une Interprétation Multi-Échelle du Champ Magnétique Terrestre Ancien Enregistré dans les Roches H/F - 34

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : GM - Géosciences Montpellier
Direction de la thèse : Pierre CAMPS ORCID 0000000266374342
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

Le champ magnétique terrestre (CMT) joue un rôle clé dans la compréhension de l'évolution de la planète, de son climat et de son habitabilité depuis 4.5 milliards d'années (Shahar et al. 2019). Le paléomagnétisme, qui permet d'étudier les variations du CMT dans le passé repose sur la capacité des roches à acquérir une aimantation thermorémanente suffisamment stable pour être préservée au cours du temps. La paléointensité, qui mesure l'intensité du champ magnétique terrestre enregistrée dans les roches anciennes, a ainsi permis d'approfondir nos connaissances concernant les variations de l'intensité de notre bouclier et l'évolution du noyau terrestre de la géodynamo.
Cependant, extraire des données de paléointensité à partir de roches Précambriennes est extrêmement difficile. En effet, une roche contient généralement un mélange de grains magnétiques de différentes tailles et de compositions qui peuvent avoir subi des transformations thermiques ou chimiques après leur formation (métamorphisme, altération hydrothermale), ce qui peut biaiser les mesures (Tauxe et al. 2021).
Parmi les techniques de pointes qui sont aujourd'hui développées pour obtenir des valeurs de paléointensité absolue le laboratoire de Géosciences Montpellier a décidé de développer la paléointensité monocristalline depuis maintenant deux ans. La technique de paléointensité monocristalline, qui repose sur l'analyse de cristaux de silicates millimétriques individuels dans des échantillons de roches, offre une approche prometteuse pour obtenir des données plus précises et plus fiables sur l'intensité du champ magnétique passé qu'avec les méthodes conventionnelles sur « roches totales » (Cottrell and Tarduno 2000; Tarduno 2009). Elle présente un double avantage : (i) les cristaux de silicates jouent le rôle de capsules de protection pour les millions d'inclusions magnétiques au sein du cristal en les protégeant de l'altération, et (ii) en raison de leurs tailles ces inclusions de magnétites sont généralement dans un état monodomaine à pseudo-monodomaine (<1 µm -30 nm) et sont des excellents enregistreurs du CMT. Alors que cette technique a émergé au début des années 2000, le débat paléointensité « monocristalline » versus « roche totales » continue de diviser la communauté en 2025 ! Ceci est en partie dû car jusqu'en 2025 peu de laboratoire au monde possédaient un magnétomètre ultra-sensible pour mesurer la très faible aimantation de ces monocristaux de petites tailles, empêchant la répétabilité des résultats. Nous sommes à l'heure actuelle dans une période de transition marquée par l'essor des magnétomètres quantiques ultra-sensibles de dernières générations dont le seul modèle en France vient d'être installé à Géosciences Montpellier en 2025.
Grâce à de nouveaux instruments de pointe, ce projet de thèse s'attaquera au défi de combiner les valeurs de paléointensité monocristalline sur roche totale avec les valeurs obtenues par imagerie magnétique in situ sur les monocristaux. Ce type d'approche n'a encore jamais été tenté et est possible uniquement à Montpellier grâce à une collaboration entre le laboratoire de Géosciences Montpellier qui a développé un laboratoire dédié et le laboratoire de Physique Charles Coulomb qui peut réaliser des cartographie magnétiques à l'échelle nanométrique.
Cette thèse sera donc à la pointe de l'innovation en paléomagnétisme avec des protocoles à développer en collaboration étroite entre des géoscientifiques et des physiciens.

L'avènement des microscopes à balayage NV en champ large a permis ces dernières années de pouvoir mesurer le signal magnétique a des échelles micrométrique. Malheureusement ce type d'approche ne pouvait toujours pas déchiffrer le signal porté par les grains monodomaines (~30-80 nm). Ce n'est que récemment que la communauté paléomagnétique s'est rendu compte qu'il était possible d'utiliser les microscopes à balayage utilisant un centre NV (Nitrogen-Vacancy). Ces derniers étaient seulement utilisés en Physique de la matière. Cette interaction entre la Physique et la Géophysique a notamment permis d'obtenir des premiers résultats prometteurs (1x Master, 1x Thèse). Ce sujet arrive donc dans la continuité afin de développer les possibilités qu'offre ces nouvelles approches uniques en France.

Cette thèse vise principalement à essayer de déterminer la paléointensité absolue préservée dans les roches en utilisant une approche inédite « in situ ». Cela est possible grâce à l'utilisation des microscopes à balayage utilisant un centre NV (Nitrogen-Vacancy) de dernière génération. Ils permettent en effet de révéler les anomalies magnétiques à l'échelle nanométrique ce que les microscopes conventionnels à centre NV à champ large ne peuvent réaliser (Quantum Diamond microscope).

Les objectifs spécifiques de la thèse sont les suivants :
1.Tester les limites des microscopes à balayage NV, notamment en développant des outils pour calculer la direction et le moment du vecteur aimantation in situ.
2.Vérifier cette nouvelle approche in situ et la comparer avec des données roches totales. Il est essentiel de faire le lien multi-échelle entre ce que nous pouvons observer à l'échelle nanométrique et le signal que nous pouvons mesurer à l'échelle d'un cristal ou d'une roche
3.Ouvrir ce type d'approche paléointensité in situ et paléointensité roche totale à des applications en Sciences de la Terre. Ce chapitre de la thèse utilisera les concepts développés en début de thèse à diverses applications : notamment sur des roches anciennes qui sont actuellement étudiée dans le cadre de l'ERC starting grant UBEICH mais aussi au magnétisme environnmental (projet IRON MEN sur les tumeurs du cerveau).

Le travail de recherche s'appuiera premièrement sur la mesure in situ d'échantillons géologiques et environnementaux financées par le projet Européen UBEICH et IRON MEN. Le travail expérimental en laboratoire (paléomagnétisme, paléointensité, magnétisme des roches, géochronologie) représentera une part majeure dans cette thèse et le candidat pourra s'appuyer sur le nouveau parc instrumental du laboratoire de magnétisme des roches installé en 2025 à Géosciences Montpellier ainsi que sur une équipe technique et scientifique. Il s'appuiera notamment sur une collaboration entre la Physique et Géosciences Montpellier