En comparaison aux éruptions basaltiques effusives, les éruptions basaltiques explosives sont relativement rares et leurs propriétés physiques sont mal comprises. L’objectif de cette thèse est d’étudier les causes à l’origine de l’explosivité des magmas basaltiques en caractérisant les produits volcaniques de l’éruption subplinienne trachybasaltique des Puys de La Vache-Lassolas (Chaîne des Puys, France) et des éruptions phréatomagmatiques et subpliniennes de magma basaltique tholéiitique du Grímsvötn (Islande). Les minéraux, verres matriciels et inclusions magmatiques (MI) ont été analysés à la microsonde électronique afin d’estimer les concentrations en éléments volatils (initiales et finales) et les pressions (P) et températures (T) de cristallisation, en utilisant la thermobarométrie basée sur l’équilibre clinopyroxène-liquide. Une étude expérimentale a été réalisée afin de mieux comprendre les limites de la thermobarométrie clinopyroxène-liquide à des pressions crustales et pendant l’ascension magmatique. Quatre éruptions de Grímsvötn ont été étudiées : deux phréatomagmatiques (celles de 1823 et 2004) et deux (sub-)pliniennes (1873 et 2011). Les éruptions subpliniennes ont des concentrations en éléments volatils plus élevées que celles des phréatomagmatiques. De plus, les premières sont également sujettes à une exsolution plus poussée du gaz dissous, ce qui se traduit par des émissions atmosphériques plus importantes. Quelle que soit l’explosivité d’une éruption du Grímsvötn, les équilibres clinopyroxène-liquide (verre matriciel ou MI) ont enregistré la même profondeur de cristallisation : ~15 km. Ceci suggère que la chambre magmatique superficielle du système magmatique du Grímsvötn puisse agir comme un réservoir dans lequel le gaz exsolvé d’un magma plus profond est stocké et accumulé entre les éruptions. La gamme de variabilité thermique des équilibres clinopyroxène-MI est plus restreinte pour les éruptions du 19ème siècle, ce qui suggère que le système magmatique du Grímsvötn était plus perméable en réponse à l’évènement volcano-tectonique du Laki (1783-84). La température moyenne des équilibres clinopyroxène-verre matriciel des quatre éruptions décroît avec le temps, suggérant que le système magmatique du Grímsvötn, dans son ensemble, est en cours de refroidissement. Les produits des Puys de La Vache-Lassolas ont enregistré une contribution magmatique plus profonde : vers 30 km. Les concentrations initiales en éléments volatils et leurs rapports sont plus proches de ceux des magmas d’arc que de tout autre contexte tectonique. Cette observation remet en question l’existence d’un point chaud sous la Chaîne des Puys. La contribution significative de magma d’origine profonde est en accord avec la cristallisation simultanée du clinopyroxène et de l’olivine. L’éruption des Puys de La Vache-Lassolas a émis 0,5 Tg de HF, 0,7 Tg de HCl et 7,3 Tg de SO2, illustrant le risque volcanique auquel est confrontée la population auvergnate. Afin de mieux contraindre les estimations pétrologiques de pression et température, une étude expérimentale au piston-cylindre a été réalisée. Elle porte sur la stabilité du clinopyroxène dans le magma tholéiitique de l’éruption 2014-15 d’Holuhraun (Islande). L’absence d’olivine dans la gamme de pression entre 0,5 et 1,0 GPa, associée à la présence de clinopyroxène indique que le clinopyroxène est la première phase au liquidus. Ceci confirme l’importance de la thermobarométrie clinopyroxène-liquide pour l’estimation des P et T de cristallisation des magmas tholéiitiques islandais. Les expériences au cours desquelles la pression a été diminuée de 1,0 à 0,5 GPa, puis maintenue constante, montrent que l’équilibre entre clinopyroxène et liquide n’est pas encore atteint après 24 heures à 0,5 GPa. Par conséquent, un temps de résidence de plusieurs jours à P et T constantes est nécessaire pour obtenir des estimations thermobarométriques fiables. / Explosive basaltic eruptions are rare compared to effusive ones and the underlying physical mechanisms are poorly understood. The goal of this thesis is to study the causes of basaltic magma explosivity by characterizing the volcanic products of the subplinian eruption of trachy-basalt at the Puys de La Vache-Lassolas complex (Chaîne des Puys, France) and of phreatomagmatic and sub-plinian eruptions of tholeiitic magma at Grímsvötn volcano (Iceland). Minerals, matrix glasses and melt inclusions (Mis) were analysed with an electron microprobe to estimate volatile concentrations (initial and final), and pressure (P) and temperature (T) of crystallization using clinopyroxene-liquid thermobarometry. In addition, an experimental study was performed to better understand the limitations of clinopyroxeneliquid thermobarometry at moderate pressures and during magma ascent. Four eruptions were studied at Grímsvötn: two phreatomagmatic (AD1823 and AD2004) and two subplinian (AD1873 and AD2011). The subplinian eruptions have volatile concentrations higher than the phreatomagmatic ones, together with more efficient gas exsolution, leading to significantly higher atmospheric mass loading. Regardless of the eruptive regime, clinopyroxene-liquid (matrix glass or MI) equilibria in Grímsvötn magmas record the same depth of crystallization, namely ~15 km. This suggests that the shallow magma chamber of Grímsvötn plumbing system may only act as a reservoir in which gas exsolved from deeper origin is stored and accumulates between eruptions. The lower variability of clinopyroxene-MI equilibrium T in the 19th century eruptions, suggests important Grímsvötn magma system permeability following the Laki volcano-tectonic event end of 18th century. Average matrix glass-clinopyroxene equilibrium T decreases with time suggesting that Grímsvötn magma plumbing system as a whole may be slowly cooling over the last two centuries. Puys de La Vache-Lassolas products record a deeper magma contribution, from approximately 30 km depth. Initial volatile concentrations and ratios of the ~8.6 ka eruption are closer to those of arc magmas than to magmas from any other tectonic settings. This observation calls into a question the Chaîne des Puys hotspot hypothesis. The significant contribution of deep-derived magma is coherent with the crystallization of clinopyroxene contemporaneously with olivine. The Puys de La Vache-Lassolas eruption carried 0.5 Tg of HF, 0.7 Tg of HCl and 7.3 Tg of SO2 into the atmosphere illustrating the volcanic hazard to the Auvergne population. In order to better constrain petrological P-T estimations, a piston-cylinder experimental study of clinopyroxene stability in a tholeiitic magma (Holuhraun 2014-15, Iceland) was undertaken. The absence of olivine in the pressure range 0.5-1 GPa and the presence of clinopyroxene indicate that clinopyroxene is the first phase at the liquidus, confirming the importance of clinopyroxene-liquid thermobarometers when estimating P and T of crystallization of Icelandic tholeiitic magmas. Experiments in which P was decreased from 1 to 0.5 GPa and then kept constant show that equilibrium between clinopyroxene and liquid is still not reached after 24 hours at 0.5 GPa. Thus a residence time of several days at constant P and T is required to obtain reliable thermobarometric estimates.

The Cape Verde archipelago is located 2000 km east of the Atlantic oceanic ridge and 500 km west of the western part of Africa. The plateau of the archipelago rises on average 2 km above the seafloor, which makes it one of the highest oceanic plateaus on Earth. Cape Verde originates from hotspot formation, a geological phenomenon which takes place beyond the tectonic plate boundaries where magma rises to the surface. In this thesis, volcanic material taken from the Charles Darwin volcanic field at a depth of more than 3000 meter and made up by four basaltic rocks and one agglomerate will be investigated. The agglomerate and vesicles in the rock shows that explosive volcanism occurs in high water depths, which is generally not common. Therefore, the material will be investigated to find out how explosive volcanism can occur at high water depths. The investigation will be based on quantifying the number of vesicles to able to calculate their area and analyze the magmatic water content in clinopyroxene crystals taken from the agglomerate by FTIR spectroscopy. Water is a volatile substance in the composition of magma and has a huge effect on its behavior at eruption. The results of quantification show that the area taken by vesicles varies from 7- 54 % which shows that magmatic products with high number of vesicles are common. The FTIR analysis shows that the magmatic water content can be high enough to cause an oversaturated magma system, which creates explosive eruptions. This statement is based on only one clinopyroxene crystal that had a magmatic water content of 3,87 ± 0,77 %. Other possible reasons for explosive eruptions at high water depth are the CO2 content in the magma and the size of volcanic vent. / Kap Verde är en arkipelag, situerad cirka 2000 km öster om den mittatlantiska spridningsryggen och 500 km väster om det afrikanska fastlandet. Arkipelagens platå har en genomsnittlig höjd på 2 km, vilket gör den till en av världens högsta oceaniska platåer. Arkipelagen har uppkommit av hetfläcksbildning, ett geologiskt fenomen baserad på att magma erupteras till ytan där jordskorpan är förtunnad och inte har någon anknytning till de tektoniska plattgränserna. Det som undersöks i detta kandidatarbete är vulkaniskt material, taget från den vulkaniska undervattensön Charles Darwin vulkanfält som ligger i den västra del Kap Verdes norra ö-grupp på över 3000 meterdjup. Materialet består av ett agglomerat och fyra stenstuffer av basaltisk komposition. Agglomeratet tyder på att explosiva vulkanutbrott förekommer, vilket även bekräftas av stenstufferna som har rikligt förekomst av luftbubblor. Explosiva vulkanutbrott är generellt inte förekomliga vid höga vattendjup, därav undersöks materialet för att kunna reda ut orsakerna som ger upphov till förekomsten av explosiva vulkanutbrott. Undersökningen baseras på att kvantifiera luftbubblor hos stenstufferna för att kunna räkna ut arean som upptas och analysera vattenhalten i klinopyroxenkristaller i agglomeratet med hjälp av FTIR spektroskopi. Vatten tillhör de flyktiga beståndsdelar i magmas sammansättning som kallas för volatiler och utgör en viktig parameter för magmans uppträdande vid eruption. Resultatet kvantifiering av luftbubblor visar att arean som upptas av luftbubblor varierar mellan 7–54 % av stenstufferna total area, vilket understryker att magmatiska produkter med hög andel luftbubblor är förkomliga. FTIR analysen visar att det finns tillräckliga höga vattenhalter för ett övermättat magmasystem som ger upphov till vulkanutbrott med explosiva förlopp, baserat på vattenhalten 3,87 ± 0,77 % av en klinopyroxenkristall. Andra möjliga orsaker till uppkomsten av magmatiska produkter med hög andel luftbubblor är koldioxidhalten i magman och storleken på vulkanrören.

The Chachahuén volcanic complex, with the Cerro Bayo laccolith as one of the largest intrusions, is part of back-arc Payenia volcanic province in western central Argentina. Laccoliths show potential for generating oil in sedimentary basins and producing ore deposits. It is crucial to put more effort into understanding the magma plumbing system beneath the Chachahuén volcanic complex, which the Cerro Bayo laccolith is part of. Thus this project present the first thermobarometric modelling for the Cerro Bayo laccolith and the Chachahuén volcanic complex. Several thermometers and barometers were applied to plagioclase, amphibole and clinopyroxene to understand magma evolution in the underlying plumbing system. The dacitic to rhyodacitic laccolith rocks from Cerro Bayo have porphyric textures with plagioclase in the form of both clots (glomerocrysts) and single crystals, amphibole and clinopyroxene as main phenocrysts, while enclaves are more mafic in composition and have equigranular textures. Plagioclase in the sample varies from andesine to labradorite with a composition of An22-An68, while the clinopyroxene can be classified into diopside to augite with cores (Mg#=76-84) and rims (Mg#62-72). Amphibole, varies from pargasite, ferropargasite to magesiohastingsite and hastingsite, which can be grouped into three groups according to the Mg#: low Mg# amphibole (Mg# = 40-51), medium Mg# amphibole (Mg# = 52-61) and high Mg# amphibole (Mg# = 62-78). Besides, most of the Fe-Ti oxides in the samples are titanomagnetite with Usp mol.% in the range of 0.04-0.54. Results from clinopyroxene-liquid thermobarometers suggest a crystallization depth of 44 to 51 km for clinopyroxene cores and a crystallization depth of 19 to 31 km for rims, of which the derived crystallization temperatures are in the range of 1144 to 1170 °C and 973 to 1002 °C respectively. On the other hand, different thermobarometers of amphibole give consistent results of crystallization temperatures and depths. According to the amphibole-liquid thermometer, low Mg# (Mg#= 40-51) amphiboles have the lowest crystallization temperature in the range of 898 to 931°C, while medium Mg# (Mg#=52-61) amphiboles have higher crystallization temperatures in the range of 951 to 972°C and high Mg# (Mg# = 62-78) amphiboles have highest crystallization temperatures between 991 and 1013°C. The depth translated from pressure derived from amphibole-liquid barometers give a shallower crystallization depth range from 19 to 30 km for low Mg# amphiboles, a deeper crystallization depth in the range of 22 to 39 km for high Mg# amphiboles and deepest crystallization depth range of 27 to 41 km for medium Mg# amphiboles. Moreover, a depth from 2 to 20 km could be gained from the plagioclase-liquid thermobarometry which crystallized at 883 to 910°C. It is worth to point out that crystallization depth of clinopyroxene cores is deeper than the Moho in the Chachahuén area, while crystallization depth and temperatures of clinopyroxene rims are consistent with those of high Mg# amphiboles. Consistent temperatures and depths are also found for crystallization of plagioclase and low Mg# amphiboles which intergrow with each other. Thus, a multi-level magma plumbing system began from below the Moho, with a mushy zone in the upper crust, could be suggested to exist beneath the Cerro Bayo laccolith. Evidence from both petrology and geochemistry also indicate fractional crystallization as well as processes of magma mixing and recharge during magma evolution. / Chachahuén火山综合体，包含其最大的侵入体Cerro Bayo岩盘，是位于阿根廷中西部Payenia弧后火山区的一部分。前人研究多着重于岩石学、地球化学和地层学方面，因而针对下伏岩浆涌升系统的研究在该地区极具前瞻性，需要投入更多工作。本文首次尝试对Chachahuén火山复合体应用温压计进行研究，针对斜长石、角闪石和单斜辉石应用了不同的温度计和压力计，以揭示下伏于Cerro Bayo岩盘的岩浆涌升系统中的岩浆演化。 来自Chachahuén火山复合体Cerro Bayo岩盘的英安质-流纹英安质火成岩具有板状-似斑状结构，其斑晶主要为单晶或聚合物形式存在的斜长石、角闪石及单斜辉石。此外，岩盘中还发现具等粒结构的酸性捕虏体的存在。样品中斜长石（An=22-68）主要成分为中长石至拉长石.单斜辉石主要为透辉石和普通辉石，常发育高镁值核部（Mg#=76-84）和低镁值环带（Mg#62-72）。角闪石主要为韭闪石、铁韭闪石、镁绿钙闪石和绿钙闪石，可根据镁值进一步划分为三个组：低镁值组（Mg# = 40-51），低镁值组（Mg# = 52-61）和高镁值组（Mg# = 62-71）。此外，样品中的钛铁氧化物重要为钛磁铁矿（Usp%=0.04-0.54）。 单斜辉石-熔体温压计的结果表明单斜辉石的核部和环带的结晶温度和深度有所差异：核部具有较高的结晶温度（1144-1170 °C）和较深的结晶深度（44-50km），而环带具有较低的结晶温度（973-1002 °C）和较浅的结晶深度（18-31 km）。与角闪石相关的不同温压计给出了类似的结晶温度和压力，其中存在的微小差异均在误差范围内。因此本文将角闪石-熔体温压计的结果作为最终结果，其显示低镁值角闪石具有较低结晶温度（898-931°C），中镁值角闪石具较高结晶温度（951-972°C），而髙镁值角闪石具最高结晶温度（991-1013°C）。角闪石的结晶深度特征有所不同：低镁值角闪石的结晶深度最浅（19-30km），髙镁值角闪石的结晶深度较深（22-39 km），反而中镁值角闪石结晶深度最深（27-41 km）。斜长石-熔体温压计给出的斜长石结晶温度和深度分别为883-910°C及1-20km。 值得一提的是单斜辉石核部的结晶深度位于研究区莫霍面之下。同时，单斜辉石的环带与髙镁值角闪石具有相似的结晶温度和深度，而斜长石及共生的低镁值角闪石具有相似的结晶温度。因此可以推测，Cerro Bayo岩盘之下，发育一个自莫霍面之下开始的多层岩浆上涌系统。而岩石学和地球化学的证据还表明在岩浆发育过程中岩浆分化结晶和岩浆重注和混合作用并存。 / En lakkolit är en grund magmaficka och en vanligt förekommande del av en vulkan, vilken kan bilda en länk mellan djupa magmatiska aktiviteter och vulkanutbrott. Forskning om kompositionen och bildandet av grunda magmafickor kan hjälpa till att öka förståelsen om geologiska faror och naturresurser. Vid Cerro Bayo exponeras en grund magmakammare vilken utgör en del av Chachahuén vulkankomplexet i Argentina. Det här projektet fokuserar på det magmatiska lagringssystemet och magmautvecklingen vid Cerro Bayo. Magmasammansättningen och magmakammarens förhållanden såsom tryck, temperatur och vattenhalt samt vattensystemets struktur är viktiga faktorer som styr magmatiska processer. För att förstå magmautvecklingen under Cerro Bayo inleddes projektet med en kompositionsanalys av bergprover och mineral. Därefter genomfördes termobarometrisk modellering för att bestämma temperatur- och tryckförhållandena för kristalliseringen av mineraler i det magmatiska systemet. Resultaten av modelleringen tyder på att ett magmatiskt rörsystem av flera nivåer existerar under Cerro Bayo lakkoliten. Det djupaste magmamagasinet ligger på 44-50 km och når upp till 22-41 km i nedre jordskorpan, medan de grunda reservoarerna av magma ligger på ett djup av 2-20 km i övre jordskorpan som slutligen når den grunda magmafickan. Vidare indikerar analysen av mineralstruktur och mineralkemi processer av fraktionerad kristallisering samt påfyllning och blandning av magma under magmautvecklingen. Magman genomgick fraktionerad kristallisering under rörelser uppåt från de djupaste magmakammarna. Magmans temperatur varierar från högre än 1100 ° C till ~ 900 ° C. Ansamlingar av magma fortsatte att fylla på magmamagasin i nedre och övre jordskorpan. Blandning av magma inträffade när en ansamling varmare magma rörde sig från nedre till övre jordskorpreservoarer och påverkade såväl migrering av magma som placeringen av Cerro Bayo lakkoliten