Rôle des hétérogénéités mantelliques dans la genèse des MORB : Etude expérimentale de la fusion partielle des pyroxénites et des interactions magma/roche à haute pression - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Role of mantle heterogeneities in MORB genesis: Experimental study of the partial melting of pyroxenites and magma/rock interaction at high pressure

Rôle des hétérogénéités mantelliques dans la genèse des MORB : Etude expérimentale de la fusion partielle des pyroxénites et des interactions magma/roche à haute pression

Sarah Lambart
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 859199

Résumé

Over the last twenty years, the knowlege of MORB petrological and chemical variability has been considerably extended. The sub-oceanic mantle, engaged in the partial melting at the MORB origin, has been revealed as relatively heterogeneous, and containing a significant fraction of pyroxenites that may play an important role in basalt generation. In the same way, the effect of the magma/peridotite interactions has been often underestimated. Usually, the transport of magma into high permeable dunitic channels formed by focused flow is the mechanism proposed beneath mid-ocean ridges, but the chemical transformations of magmas during the process is badly constrained. In this study, experiments have been conducted in piston-cylinder apparatus between 0.5 and 2.5 GPa in order to characterise melting relationships and the melt compositions of three pyroxenites, and also to quantify the effects of magma/peridotite interactions. The microdike technique was used to separate the liquid from the solid phases and to obtain reliable glass analyses, even at low degrees of melting. The aim was to answer three questions concerning the MORB petrogenesis: What is the role of pyroxenites in the major element composition of MORB? What is the fate of pyroxenite-derived melts into the peridotitic mantle? What transformations are inferred by magma focusing and magma/rock interactions on the melt composition and on the chemical and mineralogical composition of the host peridotite? This study provides a large database for the melting relationships of pyroxenites and for the pyroxenite-derived melt compositions, especially at low degrees of melting. Partial melting experiments performed on three pyroxenites, representative of worldwide compositional variability, show that at 1 and 1.5 GPa, in many instances and for most major elements, pyroxenite-derived melts are similar to peridotite-derived melts. These melts may undergo minor interactions with the overlying peridotitic mantle. On the contrary, at higher pressure the interactions between pyroxenite-derived melts and the subsolidus peridotitic mantle lead to a substantial consumption of the percolating melt and to a crystallisation of clinopyroxenes. This is likely to impede further infiltration and to increase the ultramafic rock diversity in the upper mantle. Hence, the partial melting of pyroxenites may have significant effects on mantle source compositions and on the physicochemical processes of basalt genesis, while the contribution of pyroxenite-derived melts may not lead to major changes of the compositions of primitive basaltic magmas. Less frequently, pyroxenites yield melts with very SiO2-poor and FeO-rich compositions that may explain the major element signature of a class of primitive MORB with FeO > 8.5 % et SiO2 < 48.7 % pds. Experiments on the effects of focused magma transport beneath mid-ocean ridges confirm that magma focusing can explain both the formation of dunite channels beneath mid-ocean ridges and the composition of primitive MORBs, and especially their under-saturation of orthopyroxene.
Depuis une vingtaine d'années, la connaissance de la variabilité chimique et pétrographique des laves formées en contexte d'accrétion océanique (MORB) s'est considérablement approfondie. Il est ainsi apparu que le manteau supérieur sub-océanique est beaucoup plus hétérogène que ne le laissait penser la relative homogénéité chimique des MORB. Ainsi, le manteau contient une fraction significative de pyroxénites qui pourraient jouer un rôle important dans la production des basaltes. De même, l'importance des interactions entre les magmas en cours d'ascension et leur encaissant péridotitique a longtemps été sous-estimée. Le transport des magmas basaltiques dans des chenaux dunitiques de haute perméabilité formés par la focalisation des magmas en profondeur est le mécanisme généralement proposé sous les rides médio-océaniques, mais l'ampleur des transformations chimiques subies par les magmas au cours ce processus est encore peu connue. J'ai réalisé des expériences en piston-cylindre entre 0.5 et 2.5 GPa pour caractériser les relations de fusion et les compositions de liquide de trois pyroxénites et pour quantifier les effets des interactions magma/péridotite. La technique d'extraction des liquides par microdike a été utilisée pour obtenir des analyses de verre fiables même à de très faibles degrés de fusion. L'objectif était d'apporter des réponses à trois problèmes importants de la pétrogenèse des MORB : Quel est le rôle des pyroxénites sur la composition en éléments majeurs des MORB ? Quel est le sort des liquides pyroxénitiques durant leur passage à travers le manteau péridotitique ? Quelles sont les transformations induites par la focalisation des magmas et les interactions magma/roche sur la composition chimique des liquides et sur la chimie et la minéralogie de l'encaissant péridotitique ? Les données acquises au cours de cette thèse constituent une base de données importante sur les relations de fusion des pyroxénites et sur les compositions des liquides issus des pyroxénites, en particulier les compositions aux faibles degrés de fusion. Les expériences de fusion partielle menées sur trois pyroxénites représentatives de la variabilité compositionnelle mondiale montrent que, à 1 et 1.5 GPa, la plupart des liquides issus des pyroxénites présentent des compositions en éléments majeurs très similaires à celles des liquides péridotitiques. Ces liquides sont susceptibles de remonter à la surface en interagissant peu ou pas avec le manteau environnant. A plus haute pression, les interactions entre les liquides issus des pyroxénites et le manteau péridotitique subsolidus aboutissent au contraire à une consommation substantielle des liquides et à une forte cristallisation de clinopyroxènes susceptibles d'isoler les pyroxénites de leur encaissant et de créer de nouvelles hétérogénéités lithologiques dans le manteau supérieur. Par conséquent, la fusion partielle des pyroxénites peut avoir des effets significatifs sur la composition minéralogique et chimique du manteau et sur les dynamiques d'extraction et de transport des magmas. Au contraire, dans la plupart des cas, la contribution de liquides issus des pyroxénites n'entraîne pas de changement majeur dans les compositions des magmas basaltiques primitifs. Plus rarement, les pyroxénites produisent des liquides anormalement pauvres en silice et riches en fer dont on retrouve peut-être la signature dans une classe de MORB primitifs avec FeO > 8.5 % et SiO2 < 48.7 % pds. Enfin, les expériences simulant le processus de focalisation des magmas sous les rides médioocéaniques confirment que la focalisation peut expliquer à la fois la formation de chenaux dunitiques et la composition des MORB primitif, en particulier leur sous-saturation en orthopyroxènes.
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Citer

Sarah Lambart. Rôle des hétérogénéités mantelliques dans la genèse des MORB : Etude expérimentale de la fusion partielle des pyroxénites et des interactions magma/roche à haute pression. Géologie appliquée. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00455407⟩
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