Paléointensité in situ et cartographie magnétique : vers une interprétation multi-échelle du champ magnétique terrestre ancien enregistré dans les roches // In situ paleointensity and magnetic mapping: toward a multi-scale interpretation of the ancient ge

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.
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The Earth's magnetic field (EMF) plays a key role in understanding the evolution of the planet, its climate, and its habitability over the past 4.5 billion years (Shahar et al. 2019). Paleomagnetism, which allows us to study past variations of the EMF, relies on the ability of rocks to acquire a thermoremanent magnetization that remains stable over time. Paleointensity, which measures the intensity of Earth's magnetic field recorded in ancient rocks, has deepened our knowledge of the variations in our planet's magnetic shield and the evolution of Earth's core and geodynamo.
However, extracting paleointensity data from Precambrian rocks is extremely challenging. A rock typically contains a mixture of magnetic grains of different sizes and compositions, which may have undergone thermal or chemical transformations after their formation (e.g., metamorphism, hydrothermal alteration), potentially biasing measurements (Tauxe et al. 2021).
The single-crystal paleointensity technique, which involves analyzing individual millimeter-sized silicate crystals in rock samples, offers a promising approach for obtaining more precise and reliable data on past magnetic field intensity compared to conventional whole-rock methods (Cottrell and Tarduno 2000; Tarduno 2009). This method presents two main advantages: (i) silicate crystals act as protective capsules for millions of magnetic inclusions within the crystal, shielding them from alteration, and (ii) due to their size, these magnetite inclusions are generally in a single-domain to pseudo-single-domain state (<1 µm – 30 nm) and serve as excellent recorders of the EMF. Although this technique emerged in the early 2000s, the debate between 'single-crystal' and 'whole-rock' paleointensity measurements remains unresolved in 2025! This is partly because, until recently, very few laboratories worldwide had access to ultra-sensitive magnetometers capable of measuring the extremely weak magnetization of these small crystals, making it difficult to reproduce results. We are currently in a transition period marked by the rise of next-generation ultra-sensitive quantum magnetometers, with the only model in France recently installed at Géosciences Montpellier.
Using new cutting-edge instruments, this thesis project will tackle the challenge of combining single-crystal paleomagnetic intensity values on whole rock with values obtained by in situ magnetic imaging on single crystals. This type of approach has never been attempted before and is only possible in Montpellier thanks to a collaboration between the Montpellier Geosciences Laboratory, which has developed a dedicated laboratory, and the Charles Coulomb Physics Laboratory, which can perform magnetic mapping at the nanometric scale.
This thesis will therefore be at the forefront of innovation in paleomagnetism, with protocols to be developed in close collaboration between geoscientists and physicists.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Concours GAIA

Université de Montpellier

584 GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau

Le candidat rejoindra un groupe de chercheurs actifs à Géosciences Montpellier en Paléomagnétisme et magnétisme des roches. Bien que cela ne soit pas une exigence, une expérience préalable en Physique/paléomagnétisme sera très appréciée. Les candidats peuvent être de toutes nationalités. Les candidats doivent être titulaires d'un Master 2 (avec expérience de la recherche). Etant donné que ce projet est porté vers l'international, l'habilité du candidat à communiquer en anglais, espagnol est un avantage.
The candidate will join a group of researchers active at Géosciences Montpellier in Paleomagnetism and Rock Magnetism. Although not a requirement, previous experience in Physics/paleomagnetism will be highly appreciated. Candidates can be of any nationality. Candidates must hold a Master 2 degree (with research experience). As this is an international project, the candidate's ability to communicate in English and Spanish is an advantage.