Relations magma-mush durant l’accrétion de la croûte océanique
Laboratoire CRPG – Thème MAGMAS & FLUIDES PROFONDS
Encadrement – Directeur : Lydéric France (MCf-HDR) lyderic.france@univ-lorraine.fr
Co-directeur : Pierre Bouilhol (MCf) pierre.bouilhol@univ-lorraine.fr
Résumé du projet :
Près des 2/3 de la surface de la Terre sont couverts de croûte océanique formée au niveau des dorsales médio-océaniques où se concentrent plus de 70 % du flux magmatique total. Au cours des dernières décennies, il a été démontré que le système magmatique présent au niveau des dorsales à expansion rapide (FSR) et lente (SSR), et qui a longtemps été considéré comme un système essentiellement fondu (et donc mobilisable pour alimenter d’autres réservoirs et/ou des éruptions sur le fond de mer), est plutôt formé d’une bouille cristalline (le mush) : un ensemble magmatique avec une fraction cristalline élevée le rendant non-mobilisable. Ceci modifie finalement le régime thermique attendu, les modes de migration des magmas, et les processus magmatiques qui façonnent la croûte par différenciation, et la migration et mise en place des magmas. Plus précisément, les processus magmatiques de premier ordre qui gouvernent les modes de différenciation, et qui ont été considérés pendant des décennies comme étant régis par la cristallisation fractionnée (opérant dans des milieux pauvres en cristaux) sont maintenant réexaminés, et un processus de flux poreux réactif (FPR), encore peu contraint, est largement proposé [1-6]. Les objectifs de cette thèse seront 1/ d’apporter de nouvelles contraintes fortes sur l’évolution précoce de ces systèmes (y-a-il une phase initiale pauvre en cristaux lors de laquelle les magmas seraient mobiles, et la cristallisation fractionnée susceptible de se produire?), et 2/ d’apporter des contraintes quantitatives sur le processus de différenciation qui semble régir la différenciation de la croute: le flux poreux réactif.
Le projet reposera sur une approche quantitative de pétrographie et de géochimie s’intéressant aux morphologies des phases minérales, aux textures des roches, et aux compositions des phases. Cette approche pétrologique de haute résolution permettra d’apporter de nouvelles contraintes sur le modus operandi du FPR en utilisant une approche in-situ inédite de cartographie chimique qui couplera éléments majeurs-mineurs [EPMA], et traces [LA-ICP-MS]. Cette approche utilisera des échantillons préalablement identifiés comme clés dans l’étude des FPR en domaine océanique (Oman, dorsale Est-Pacifique, dorsale SO Indienne, dorsale Atlantique). Dans une seconde partie du projet, une approche de modélisation thermodynamique (PerpleX) permettra d’avoir une vision plus détaillée des processus à l’oeuvre lors des processus magmatiques associés au FPR. Les résultats de ce projet de thèse auront des implications en pétrologie magmatique au sens large puisque le même type de processus réactifs (FPR) semble gouverner la différenciation des magmas en général, dans la majorité des contextes géodynamiques [7-10] . Les résultats de cette thèse pourront donc servir de base pour des études futures spécifiques à d’autres contextes.
Profil des des candidats & candidatures :
Master 2 en Géosciences. Expérience de projet recherche en pétrologie magmatique. Des profils avec une expérience en modélisation thermodynamique et/ou avec une expérience analytique seront appréciés. Candidatures directement via le site ADUM, mais ne pas hésiter à contacter les encadrants en amont.
References :
[1] Lissenberg CJ, Dick HJB (2008) Melt–rock reaction in the lower oceanic crust and its implications for the genesis of mid-ocean ridge basalt. Earth and Planetary Science Letters, 271, 311–325.
[2] Drouin M., Godard M., Ildefonse B., Bruguier O., Garrido C.J. (2009) Geochemical and petrographic evidence for magmatic impregnation in the oceanic lithosphere at Atlantis Massif, Mid-Atlantic Ridge (IODP Hole U1309D, 30°N). Chem. Geol. 264: 71–88.
[3] Sanfilippo A., Tribuzio R., Tiepolo M., Berno D. (2015) Reactive flow as dominant evolution process in the lowermost oceanic crust: evidence from olivine of the Pineto ophiolite (Corsica). Contributions to Mineralogy and Petrology, 170(4), 38.
[4] Lissenberg C.J. MacLeod C.J., Bennett E.N. (2019) Consequences of a crystal mush dominated magma plumbing system: a mid-ocean ridge perspective. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 377(2139), 20180014.
[5] Boulanger M, France L, Deans JR, Ferrando C, Lissenberg CJ, von der Handt A (2020) Magma reservoir formation and evolution at a slow-spreading center (Atlantis Bank, Southwest Indian Ridge). Frontiers in Earth Science
[6] Boulanger M, France L (2023) Cumulate formation and melt extraction from mush-dominated magma reservoirs: The melt flush process exemplified at Mid-ocean ridges. Journal of Petrology 64:1-20.
[7] Leuthold J., Müntener O., Baumgartner L.P., Putlitz B. (2014) Petrological constraints on the recycling of mafic crystal mushes and intrusion of braided sills in the Torres del Paine mafic complex (Patagonia). J. Petrol. 55, 917–949.
[8] Bouilhol, P., Schmidt, M. W., & Burg, J. P. (2015). Magma transfer and evolution in channels within the arc crust: the pyroxenitic feeder pipes of Sapat (Kohistan, Pakistan). Journal of Petrology, 56(7), 1309-1342.
[9] Bachmann O, Huber C (2016) Silicic Magma reservoirs in the Earth’s Crust. Am. Mineral., 101, 2377–2404.
[10] Cashman KV, Sparks RSJ, Blundy JD (2017) Vertically extensive and unstable magmatic systems: a unified view of igneous processes. Science, 355-6331.