La particularité de l’Oldoinyo Lengai à émettre des laves natrocarbonatitiques fait de ce volcan un laboratoire naturel pour l’étude de la genèse de ces magmas. De nouvelles mesures isotopiques en hélium nous ont permis de constater que la signature des fumerolles est constante depuis 1988 malgré le changement morphologique considérable du cratère sommital lors de la dernière éruption subplinienne de 2007-2008. L’alternance des éruptions explosives et effusives n’engendre donc aucune modification majeure dans l’organisation du système hydrothermal qui est par conséquent profondément enraciné. Les xénolites cogénétiques qui ont été émis lors de l’éruption de 2007-2008 permettent d’étudier directement les processus magmatiques qui se déroulent dans la chambre magmatique active. La comparaison des signatures isotopiques des gaz rares (hélium) de la chambre magmatique et des volcans silicatés de la région d’Arusha montre que les deux types de magmatisme ont une source analogue identifiée comme un manteau lithosphérique subcontinental préalablement métasomatisé par des fluides asthénosphériques. De plus, ces signatures isotopiques confirment l’absence de contaminations crustale lors de la remontée du magma entre le manteau source et la surface. Une description pétrographique de détail couplée à une approche thermobarométrique, ainsi qu’à la détermination des modèles de solubilité des volatils dans les liquides phonolitiques, nous a permis d’identifier l’évolution du liquide dans la chambre magmatique et ses paramètres de stockage. Les résultats nous révèlent que le magma injecté en 2007 a une composition phonolitique et des teneurs élevées en volatils (3.2 wt.% de H2O et 1.4 wt.% de CO2) ainsi qu’une température d'environ 1060° C. Ce magma évolue ensuite dans la chambre magmatique crustale se trouvant à 11.5±3.5 km de profondeur jusqu’à atteindre une composition de néphélinite et une température de 880°C. Pendant sa différenciation, le magma silicaté s’enrichit en calcium, sodium, magnésium et fer alors que sa concentration en silice, potassium et aluminium décroit. Ces résultats concordent avec les précédents relatifs à cette éruption, ou aux produits volcaniques plus anciens émis tout au long de la vie du volcan. Cette similarité suggère qu’aucun changement majeur n’ait eu lieu dans l’organisation de la plomberie du volcan Oldoinyo Lengai au cours de son évolution. Les mesures en éléments traces (REE, HFSE et LILE) dans les minéraux cristallisés lors de cette séquence de différenciation, et les inclusions magmatiques associées montrent un enrichissement pouvant atteindre de 100 à 1000 fois la composition du manteau primitif. Une étude expérimentale préliminaire s’appuyant sur la composition du liquide de recharge (phonolite) et les conditions (P, T) identifiées pour la chambre magmatique nous a permis de reproduire l'immiscibilité entre un liquide silicaté et carbonatitique, processus à l’origine de la formation des carbonatites de l’Oldoinyo Lengai. La poursuite de ces travaux expérimentaux permettra de mieux contraindre la genèse des magmas carbonatitiques et ainsi comprendre les processus en jeux dans l’enrichissement en éléments traces des magmas carbonatitiques / The uniqueness of Oldoinyo Lengai to emit natrocarbonatite lavas makes this volcano a natural laboratory to study the genesis of these magmas. New helium isotopic data permit to assert that the signature of the fumaroles has been constant since 1988 despite the radical morphological change of the summit crater after the last sub-Plinian eruption in 2007-2008. The alternation of the effusive and explosive eruptions does not cause major modifications in the hydrothermal system architecture, which is inferred to be deeply rooted. Cognate xenoliths that were emitted during the eruption in 2007-2008 represent a unique opportunity to document the igneous processes occurring within the active magma chamber. The comparison between the noble gas (helium) isotopic compositions of the active magma chamber and those of the other silicate volcanoes of the Arusha region indicates that both types of magmatism have similar sources, identified as being a typical sub-continental lithospheric mantle, which was previously metasomatized by asthenospheric fluids. Moreover, these isotopic signatures confirm that no crustal contamination has occurred during the magma ascent from the mantle to the surface. Detailed petrographic descriptions coupled to a thermo-barometric approach, and to the determination of volatile solubility models for a phonolite composition, allow us to identify the melt evolution at magma chamber conditions and the storage parameters. These results indicate that the magma injected in 2007 has a phonolitic composition and contains a high amount of volatiles (3.2 wt.% H2O and 1.4 wt.% CO2) as well as a temperature around 1060° C. This magma subsequently evolved in the crustal magma chamber located at 11.5 ± 3.5 km depth until reaching a nephelinite composition and a temperature of 880°C. During the differentiation in the magma chamber, the silicate magma is enriched in calcium, sodium, magnesium and iron, whereas the content of silicate, potassium and aluminum decreases. Our results support previous studies related to this eruption, and are similar to the historical products emitted during the whole volcano history, permitting the suggestion that no major modification in the plumbing system has occurred during the Oldoinyo Lengai evolution. The trace elements (REE, LILE and HFSE) measured in the minerals and melt inclusions reveal a concentration reaching 100 to 1000 times the primitive mantle composition. A preliminary experimental study based on the recharge melt composition (phonolite) and identified magma chamber conditions (P, T) permits to reproduce the immiscibility between silicate and carbonatite liquids, key processes at the origin of the Oldoinyo Lengai carbonatites. The continuation of this experimental study will lead to a better comprehension of the carbonatite genesis, thus improving our understanding of the processes that are responsible for the enrichment in trace elements

La Zone des Andes Volcaniques Centrales (ZAVC) est la province magmatique la plus active système des Andes qui produit une grande variété de magmas, dont la composition s’étale des basaltes aux magmas calco-alcalins et aux shoshonites, et de structures volcaniques. Un des problèmes importants dans l’étude des systèmes volcaniques est la compréhension des processus qui contrôlent l’origine, la nature, et l’évolution des volatils au cours de l’ascension du magma. Les études menées sur les volcans de la ZAVC ont porté essentiellement sur la caractérisation des sources primaires et la contamination des magmas lors de leur ascension vers la surface. Peu d’études ont porté sur le problème du dégazage comme outil pour caractériser les processus magmatiques et la composition des gaz présents dans les systèmes volcaniques. L’objectif de cette étude et de déterminer les conditions magmatiques des systèmes actifs des volcans Irruputuncu et Lastarria par l’analyse des inclusions vitreuses dans les minéraux (plagioclases et pyroxènes). Les résultats montrent que les inclusions pour ces deux volcans ont une composition plus différenciée que la roche totale, ce qui suggère que la composition du verre représente un liquide résiduel transitoire, produit au cours d’une cristallisation fractionnée, lors de l’évolution du liquide et/ou du mélange avec un autre magma. Ce processus s’est produit à faible profondeur lors des dernières phases magmatiques. Il faut noter que toutes les inclusions vitreuses des produits des Andes centrales et du sud et de quelques arcs volcaniques ont des compositions plus évoluées que la roche totale et qu’il existe un enrichissement d’éléments comme Si, Na et K. L’interaction entre les minéraux et la riche totale indique la présence d’une zone de mush sous le système volcanique, mis en évidence par les minéraux en déséquilibre avec le liquide. Ainsi, lorsque le magma migre vers le haut (stocké dans des sills) il interagit avec la zone de mush et la résorption des minéraux permet d’incorporer des cristaux exotiques. En contrepartie, le magma en déséquilibre conduit à des cristaux de même origine. Les conditions pré-éruptives de pression, de température et de fugacité d’oxygène déterminées à partir des inclusions des produits d’Irruputuncu et de Lastarria sont de1.9-11.7 kbar, 810-970 °C et NNO+3, et sont semblables à celles observées pour d’autres volcans dans les Andes centrales au Nord du Chili. Les teneurs en volatils sont de 0-1500 ppm pour le Fluor, 10-3300 ppm pour Cl, 10-1600 ppm pour S, et 0-5 poids% pour H2O. Ces grandes gammes de pression, température et teneurs en volatil reflètent la variabilité des conditions de stockage des magmas et de capture des inclusions vitreuses dans les minéraux hôtes. Ceci a pu se produire à différentes profondeurs (6.3 à 15.2 km à Irruputuncu et 9.5 à 18 km au Lastarria) et dans des zones à différents degrés de refroidissement. De plus, la teneur en Soufre décroît inversement avec la pression et la température, et est lié directement à la fugacité d’oxygène. La teneur en volatile est semblable à celle d’autres systèmes volcaniques, ce qui suggère que la faible teneur en Soufre dans les inclusions témoigne de la séparation de cette phase en conséquence du refroidissement et de la cristallisation fractionnée d’un magma andésitique avant le mélange. Ces résultats montrent que les conditions magmatiques des volcans du nord du Chili et de la Bolivie sont similaires, probablement à cause du contexte tectonique et des processus magmatiques (mélanges et cristallisation fractionnée), des zones de stockage et des interactions entre magmas et fluides hydrothermaux identiques. Cependant, les volcans basaltiques présentent d’autres caractéristiques, ce qui indique que chaque système volcanique répond à des conditions dynamiques et tectoniques spécifiques. / The Central Volcanic Andes Zone (CVAZ) is the most active magmatic province in the Andean system, resulting in a wide variety of magmas, ranging from basalts to calc-alkaline and shoshonites dacites, and a variety of volcanic structures. One of the important problems in the study of volcanic manifestations is the understanding of the processes controlling the origin, nature and evolution of volatiles during ascent of magma. Studies conducted in the volcanoes of the ZVAC have focused primarily on the characterization of the primary source and contamination of magma as this rise to the surface. Few studies have addressed the problem of outgassing as a source of characterization of magmatic processes and the current composition of magma degassing which is present in the active volcanic systems. The objective of this research is to determine the magmatic conditions of Irruputuncu and Lastarria active volcanic systems, through the analysis of melt inclusions in minerals (plagioclases and pyroxenes). The results indicate that melt inclusions-hosted plagioclase and pyroxene both volcanoes have a more acid composition than whole rock, we suggest that glass compositions represent residual transitory melt that is found in the magma, like product of a fractional crystallization, to the evolution of the melt and/or mixing of magma. This process ocurr to shallow depth, which represents the lasts phases magmatic. It should be noted that in all the vitreous inclusions of the Central Andes, South and some island arcs, it is observed that the composition of the inclusions tends to be relatively more evolved than whole rock; it is suggest that slight enrichement of elements such as Si, Na and K occur at the between melt and minerals. Meanwhile, the interaction between minerals and whole rock indicate the presence of zone mush under each volcanic system, this is evidenced in large part by crystals in disequilibrium with the melt. Therefore, when that magma ascends (stored sills structure) interacts with the mush zone, reabsorption the minerals incorporating exotic crystals. On the other hand, when the magma is in equilibrium generate cognate crystals. The conditions of pressure, temperature and oxygen fugacity determined from the melt inclusions for pre-eruptive magmatic conditions in Irruputuncu and Lastarria systems vary between 1.9 to 11.7 kbar, 810-970 °C and NNO+3, similar to those observed in other volcanoes in the Central Andes of northern Chile. Otherwise, range of volatiles content varies in 0-1500 ppm F, 10-3300 ppm Cl, 10-1600 ppm S, 0-5 %wt H2O; this wide range of variation in the values of pressure, temperature and concentration of volatile, reflecting the variability of magma storage conditions during entrapping vitreous inclusions in the host crystal. This could at different depths (6.3 to 15.2 km Irruputuncu volcano and 9.5 to 18 km Lastarria volcano) and in areas with different degrees of cooling structures represented by sills. Moreover, the S content decrease with increase pressure and temperature, and is related directly with the fugacity of oxygen. The volatile content is similar in various volcanic systems, this suggest that the low S content in melt inclusions represent the separation of this phase as a results of cooling and fraccionate crystallization of a andesitic magma before of mixing. It appears that the magmatic conditions in the volcanoes of northern Chile and Bolivia have similar characteristic, due to the geotectonic context of this zone, resulting varied magmatic process, such as magma mixing, evolved fraccionate crystallization (rhyolitic magma), accumulation of magma in shallow areas, interaction between magmatic and hydrothermal fluids. However, basaltic volcanoes present differents characterics, which indicate that each volcanis system respond to a dynamic of geotectonic conditions and interaction with the environment. / La Zona Volcánica de los Andes Centrales (ZVAC) es la provincia magmática más activa en el sistema Andino, originando una gran diversidad de magmas, cuya composición varía de basaltos a dacitas con tendencia calcoalcalina a shoshonitica, y una gran variedad de estructuras volcánicas. Uno de los problemas importantes en el estudio de las manifestaciones volcánicas es la comprensión de los procesos que controlan el origen, naturaleza y evolución de los volátiles durante el ascenso del magma. Los estudios que se han realizado en los volcanes de la ZVAC se han concentrado fundamentalmente en la caracterización de la fuente primaria y la contaminación del magma a medida que estos ascienden a la superficie. Pocos estudios han abordado el problema de la desgasificación como fuente de caracterización de los procesos magmáticos y de la composición actual del magma en desgasificación que está presente en los sistemas volcánicos activos. El objetivo de esta investigación es determinar las condiciones magmáticas de los sistemas volcánicos activos Irruputuncu y Lastarria, a través del análisis de inclusiones vítreas en minerales (plagioclasas y piroxenos). Los resultados geoquímicos indican que las inclusiones hospedadas en los cristales de plagioclasa y piroxeno de los volcanes Irruputuncu y Lastarria tienen una composición química más ácida que la roca total, por lo que sugiere que la composición química del vidrio atrapado en los fenocristales representa el líquido residual transitorio que se alberga en el magma, producto de un ciclo de cristalización fraccionada, a la evolución del fundido y/o mezcla de magma. Este proceso ocurre a profundidades relativamente someras, donde se albergan las últimas fases del magma. Cabe destacar que en todas las inclusiones vítreas de los volcanes de los Andes Centrales, Sur y en algunos de arcos de islas, se observa que la composición de las inclusiones tiende a ser relativamente más evolucionada que la roca total; se sugiere que en el borde o límite donde interactúan el fundido y el cristal ocurre un leve enriquecimiento de elementos como el Si, Na y K. Por su parte, los estudios realizados entre MI-mineral y minerales-roca total indican la presencia de una zona mush bajo cada sistema volcánico, esto se evidencia en gran parte por cristales que no están en equilibrio con el fundido. Por lo tanto, cuando el magma asciende (almacenado en estructuras de sills) interactúa con la zona mush, que reabsorbe los minerales e incorporándolos como cristales. Por otra parte, cuando los magmas se equilibran forman cristales cognatos. Las condiciones de presión, temperatura y fugacidad de oxígeno determinadas a partir de las inclusiones vítreas, para las condiciones magmáticas en los sistemas Irruputuncu y Lastarria, varían entre los 1,9 a 11,7 kbar, 810 a 970°C y NNO+3, rangos similares a los observados en otros volcanes de los Andes Centrales del Norte de Chile. Por otra parte, el rango del contenido de volátiles varía entre 0-1500 ppm F, 10-3300 ppm Cl, 10-1600 ppm S, 0-6 %wt H2O; este amplio rango de variación en los valores de presión, temperatura y concentración de volátiles, reflejan la variabilidad de las condiciones de almacenamiento del magma durante el atrapamiento de las inclusiones vítreas en el cristal huésped. Esto ocurriría a diferentes profundidades (6,3 a 15,2 km para el volcán Irruputuncu y 9,5 a 18 km para el volcán Lastarria) y en zonas con distinto grados de enfriamiento, representados por estructuras de sills. Cabe destacar que el contenido de S disminuye con el aumento de la presión y temperatura, y se relaciona directamente a la fugacidad del oxígeno. (...)

L'axe principal de cette thèse est la caractérisation des processus de dégazage magmatique des éléments traces, du soufre et des halogènes de deux volcans actifs : Hekla (Islande) et Masaya (Nicaragua). <br />Une étude sur les inclusions magmatiques (MIs) a permis de suivre l'évolution des volatils dissous dans le système volcanique d'Hekla au cours de la différenciation magmatique (cristallisation fractionnée). Ceci a permis d'estimer les concentrations en volatils dissous "attendues" dans le liquide pré-éruptif. Cette approche permet donc de ne pas sous-estimer les concentrations des liquides piégés dans les MIs et améliore ainsi les contraintes sur la masse de volatils émise dans l'atmosphère. Cette étude indique que, lors de l'éruption de février 2000, Hekla a émis dans l'atmosphère 0.1 Mt de HCl, 0.2 Mt de HF et 3.8 Mt de SO2. La chimie de la phase sub-Plinienne de cette éruption a été étudiée, de façon plus approfondie, grâce aux averses neigeuses qui ont traversé le panache volcanique. L'étude de ces neiges a montré que l'enrichissement des éléments volatils est lié à un processus de dégazage sous forme de chlorures, fluorures et sulfates. En revanche, l'enrichissement des éléments réfractaires est expliqué par un processus de dissolution non-stoechiométrique des téphras par la phase gazeuse riche en fluor au sein du panache éruptif.<br />Une étude basée sur les MIs a permis de confirmer la théorie de Walker et al. (1993) selon laquelle la différenciation des magmas tholéiitiques du Masaya se produit à basse pression à partir d'un magma relativement "sec" de composition homogène dans le temps. La caractérisation physico-chimique des aérosols par MEB et la chimie de la phase éruptive du volcan Masaya suggèrent que la plupart des éléments traces sont dégazés sous forme de chlorures, mais aussi sous forme de sulfates et chloro-sulfates. De plus, la quantification des flux de matière a montré que le dégazage au Masaya est une source importante de pollution atmosphérique.

La caractérisation des magmas primitifs des laves a pour objectif de mieux contraindre les conditions physico-chimiques de la fusion partielle, les modes d'extraction et de transport des magmas et la composition chimique et minéralogique du manteau terrestre. L'intérêt de l'étude des inclusions magmatiques piégées dans les phénocristaux précoces des basaltes réside dans l'isolation de ces liquides silicatés vis à vis des processus secondaires de différenciation et de mélange. Ce travail avait pour but la caractérisation des inclusions magmatiques dans des olivines primitives dans deux contextes géodynamiques distincts - les rides médio-océaniques et les points chauds océaniques – en s'articulant autour de deux exemples régionaux : la zone FAMOUS (ride médio-Atlantique Nord) et le point chaud de la Réunion.<br />Les inclusions magmatiques piégées dans un échantillon de la zone FAMOUS (ride médio-Atlantique Nord) se caractérisent par une variabilité importante de leurs teneurs en éléments majeurs et traces, qui excède largement la variabilité chimique des laves émises en surface dans la région. Les liquides inclus sont très primitifs (Mg# = 0.70-0.78) et présentent des similitudes de composition avec les liquides expérimentaux issus de la fusion partielle de lherzolites à spinelle à 1 GPa. Les compositions en éléments en traces évoluent depuis des compositions relativement appauvries ((La/Sm)N<0.75) jusqu'à des compositions légèrement enrichies ((La/Sm)N>1.2). Des modélisations géochimiques suggèrent qu'une grande part de la diversité chimique des inclusions résulte du processus de fusion polybare d'une source de composition homogène. Toutefois, une variation locale de la température potentielle et de la teneur en H2O du manteau semble requise pour reproduire certaines variations en éléments majeurs. Nous n'avons pas décelé de modifications chimiques des magmas liées à des interactions magma/roche (dissolution du clinopyroxène) lors de la ségrégation et l'ascension.<br />L'étude des inclusions magmatiques dans les olivines d'échantillons de l'île Maurice et l'île de la Réunion a mis en évidence une transition entre des liquides alcalins à transitionnels vers des basaltes à affinité tholéiitique. Cette évolution peut vraisemblablement être expliquée par une augmentation du degré de fusion d'une source péridotitique. D'autre part, la composition chimique et isotopique homogène au cours du temps du panache de la Réunion nous a autorisés à calculer la séquence d'incompatibilité des éléments traces lors du processus de fusion partielle à l'origine des liquides inclus. Les résultats indiquent un comportement très incompatible du Pb, alors que celui-ci est généralement considéré comme voisin du celui du Ce lors de la fusion dans un environnement océanique. Cette observation implique l'absence de sulfure résiduel dans la source du panache lors de l'extraction des magmas, ce qui singulariserait la source du panache de la Réunion des autres sources d'îles océaniques. Enfin, une modélisation de la source du panache suggère une composition relativement comparable à celle du manteau primitif, mais toutefois légèrement appauvrie en éléments les plus incompatibles. Ainsi, la source de la Réunion est constituée d'un manteau faiblement appauvri par l'extraction de la croûte continentale, qui, par la suite, n'a pas ou peu été modifié par les processus de différenciation ou de recyclage.

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.

Les éléments volatils, principalement l'eau, sont enrichis dans les magmas d'arcs. Ils jouent un rôle prépondérant dans le magmatisme de zone de subduction, que ce soit en permettant la fusion du manteau ou en influençant l'explosivité des éruptions en surface. L'objectif de cette étude est la caractérisation (en éléments majeurs, traces, volatils et isotopes du bore) des liquides primaires des magmas d'arcs et de leurs sources, afin de discuter de l'influence des phases mobiles issues du slab dans leur genèse. L'approche adoptée est l'analyse des inclusions magmatiques piégées dans les olivines magnésiennes de quatre volcans répartis dans trois zones de subduction : Vulcano, dans l'arc Eolien (Italie), le Mont Shasta, dans l'arc des Cascades (Californie, Etats-Unis), le Pichincha et le Pan de Azucar, dans l'arc Equatorien. Les inclusions primaires étudiées contiennent des liquides basaltiques sous-saturés en silice, plus ou moins riches en CaO, dérivant d'une source mantellique veinée de zones riches en amphiboles (±clinopyroxène, ±phlogopite) et ayant subi un degré variable de métasomatisme. Leurs compositions en éléments traces illustrent l'enrichissement de leurs sources mantelliques par des composés mobiles issus du slab et de compositions contrastées. Il existe d'importantes variations des compositions en éléments volatils entre les inclusions provenant de plusieurs échantillons d'un même volcan (le Mont Shasta), celles provenant de plusieurs volcans d'une même zone de subduction (le Pichincha et le Pan de Azucar) ainsi qu'entre les inclusions des trois zones de subduction étudiées (arc Eolien, arc Equatorien et arc des Cascades). L'étude de l'évolution des teneurs en éléments volatils en fonction des pressions de saturation indique que seules les teneurs en Cl et F des inclusions magmatiques sont représentatives des teneurs du magma primitif. Le dégazage précoce et la formation de globules de sulfure affectent les teneurs en H2O, CO2 et S, qui peuvent être utilisées en tant qu'estimations minimales des teneurs des magmas primitifs. Les compositions en Cl des sources mantelliques des inclusions étudiées varient de 3±1 ppm à 450±125 ppm et celles en F varient de 16±6 ppm à 147±32 ppm (Cl/F de 0,2±0,1 à 3,6±1,2). L'association des rapports Cl/F des sources avec l'enrichissement en Nb (par rapport aux MORB) des inclusions et leurs valeurs isotopiques en bore suggère la participation de deux principaux composés mobiles dans la source de ces inclusions : (1) un liquide silicaté issu de la fusion des sédiments déshydratés (principal agent métasomatique de la source des inclusions du Pan de Azucar, qui possèdent des faibles δ11B ainsi qu'un fort enrichissement en Nb par rapport aux MORB) ; (2) un fluide aqueux formé lors de la déshydratation de la croûte océanique (principal agent métasomatique de la source des inclusions du Pichincha). Selon les propriétés physico-chimiques des différentes zones de subduction, ce fluide peut avoir les caractéristiques d'un fluide supercritique et être plus ou moins riche en éléments traces. Les compositions des inclusions de la Sommata (Italie) et de l'échantillon 95-15 du Mont Shasta montrent des enrichissements intermédiaires de leurs sources comparé à celles des inclusions du Pichincha et du Pan de Azucar. Leurs sources semblent avoir été métasomatisées par un mélange entre les deux composés métasomatiques décrits ci-dessus.

Malgré l’homogénéité isotopique des laves de La Réunion, une certaine diversité des produits est observée sur les deux principaux volcans de l’île, le Piton des Neiges et le Piton de la Fournaise, d’un point de vue pétrographique et chimique. En effet, si la majorité des laves émises sont des basaltes transitionnels dont l’évolution est principalement contrôlée par la précipitation et/ou l’accumulation d’olivine, certaines laves plus ou moins anciennes montrent des caractéristiques pétrologiques et géochimiques particulières, qui témoignent de conditions magmatiques variées et de systèmes de stockage et transfert relativement complexes. C’est le cas des « Basaltes Porphyriques à Plagioclase », des basaltes des cônes excentriques dits « adventifs » et de ceux du cratère Hudson (éruption de 1998), sur lesquels portent les travaux de cette thèse. L’étude pétro-géochimique des laves est couplée à celle des inclusions magmatiques des minéraux, naturellement vitreuses ou homogénéisées par chauffage expérimental, afin de caractériser l’origine des magmas et les processus responsables de leur évolution, en contexte de point chaud océanique. Les rapports d’éléments en traces incompatibles des inclusions magmatiques piégées dans les olivines précoces (Fo > 85) des cônes adventifs sont utilisés pour identifier la nature de la source du panache mantellique de La Réunion. Les résultats suggèrent que les magmas des cônes adventifs ont une origine chimiquement comparable à celle de l’ensemble des laves réunionnaises, intermédiaire entre un domaine mantellique relativement primitif et un domaine légèrement appauvri, presque non-affecté par les processus de recyclage. De faibles degrés de fusion partielle de cette source génèrent les concentrations enrichies en éléments en traces des inclusions magmatiques. Les Basaltes Porphyriques à Plagioclases, pouvant contenir jusqu’à 35 % de plagioclases millimétriques, ont été émis sur les deux volcans. Les compositions des inclusions magmatiques des macrocristaux de plagioclase (An 84.2-71.7 ) et les observations texturales des cristaux mettent en évidence leur caractère hérité. Les magmas parentaux des cristaux évoluent essentiellement par cristallisation de clinopyroxène et de plagioclase. Les contrastes de densité entre les phases permettent la ségrégation des plagioclases par flottaison, et leur accumulation au toit de la chambre. Les Basaltes Porphyriques à Plagioclase sont formés par la remobilisation de ces zones d’accumulation riches en plagioclase lors de l’arrivée d’un nouveau magma. Les périodes très spécifiques d’éruption de ces basaltes correspondraient à une diminution du flux magmatique dans la croissance des volcans, favorisant la cristallisation de plagioclase. Les textures des laves des cônes adventifs et du cratère Hudson, ainsi que les inclusions magmatiques des olivines de ces laves témoignent d’une histoire complexe des cristaux, et de l’importance des processus de recyclage dans le système d’alimentation magmatique du Piton de la Fournaise. Les olivines sont nettement plus magnésiennes (Fo > 85) que celles des laves historiques. Les compositions chimiques des laves montrent que la majeure partie correspond à des basaltes légèrement alcalins, appelés « Mid-Alkaline Basalts », qui sont appauvris en CaO mais enrichis en éléments compatibles et incompatibles. Les compositions isotopiques et en éléments en traces leurs suggèrent une origine commune avec celle des laves historiques, bien que le taux de fusion partielle à l’origine des « Mid-Alkaline Basalts » soit plus faible. Un fractionnement profond de clinopyroxène et de plagioclase expliquerait leur formation. L’ensemble de ces résultats suggère que du magma d’origine profonde peut remonter directement, sans passer par le système central du volcan. / Despite the isotopic homogeneity of the La Réunion lavas, a petrographic and chemical diversity is observed in the products of the two main volcanoes of the island, le Piton des Neiges and le Piton de la Fournaise. Although the majority of the lavas are transitional basalts which are mainly controlled by olivine fractionation and/or accumulation, some relatively old lavas show petrological and geochemical characteristics that reflect various and relatively complex magmatic conditions, as well as storage and plumbing systems. This is for instance the case of the Plagioclase Ultraphyric-Basalts, basalts from the eccentric ‘adventive’ cones and from the Hudson crater (1998 eruption), on which this works deals with. The petro-geochemical study of the lavas is coupled with the investigation of naturally vitreous or experimentally quenched mineral-hosted melt inclusions, in order to characterize the origin of the magmas and their evolution processes in an oceanic hotspot context. The incompatible trace element ratios of the melt inclusions trapped within early-formed olivine crystals (Fo > 85) from the adventive cones are used to identify the nature of the La Réunion mantle plume source. The results suggest that magmas of the adventive cones originate from chemical source comparable to that of all the La Réunion lavas. This source is intermediate between a primitive-like mantle domain and a depleted one, almost unaffected by recycling processes. Small degrees of melting of this source can explain the enriched trace element concentrations of the melt inclusions. Plagioclase-bearing ultraphyric basalts, which can have up to 35 % millimetre-sized plagioclase crystals, were erupted during some stages of building of the two volcanoes. The compositions of the melt inclusions hosted in the plagioclase macrocrystals (An 84.2-71.7 ) and textural observations of the crystals highlight their inherited character. The parental melts of the crystals mainly evolve by clinopyroxene and plagioclase crystallization. Density contrasts between the phases allow plagioclase segregation by flotation and their accumulation at the top of the chamber. The Plagioclase Ultraphyric-Basalts are derived from the remobilization of this plagioclase-rich accumulation zones, upon input of a new batch of magma. The specific eruption periods of these basalts would correspond to decreases in the magma supply, which promoted plagioclase crystallization. Lava textures of the adventive cones and Hudson crater and their olivine-hosted melt inclusions reflect a complex history of the crystals, and the role of recycling processes in the magma feeding system of the Piton de la Fournaise volcano. The olivine crystals are clearly more magnesian (Fo > 85) than those found in the historical lava ones. The chemical compositions of the lavas show that they correspond for the most part to slightly alkaline basalts, called “Mid-Alkaline Basalts”, which are depleted in CaO and enriched in compatible and incompatible elements. Isotopic and trace element compositions suggest that they have a common origin with the historical lavas, but partial melting degrees are lower for the “Mid-Alkaline Basalts”. Clinopyroxene and plagioclase deep fractionation would explain their formation. All the results suggest that the ascent of deep-seated magma clearly could bypass the central volcanic system.