Le phénomène de dégazage permanent observé sur le volcan Erebus s’accompagne d’une variation cyclique de la composition des gaz et du niveau de son lac de cratère que nous nous sommes proposé de modéliser en partant de l’hypothèse que ces fluctuations sont causées par l’arrivée de batch de magma naissant à faible profondeur, ascendant dans un conduit à travers duquel percole un flux continu de gaz dont l’origine est plus profonde. Nous avons tout d’abord montré par simulation numérique que la vigueur de la convection observée en surface ne pouvait être expliquée par la seule convection thermique d’un mélange liquide-cristaux. Si une alimentation continue en magma et gaz dans un système ouvert permet de simuler un comportement pulsatif de la surface, cet apport doit être suffisamment important pour que les changements de vitesse de surface ainsi générés puissent être appréciés. Le conduit doit avoir un diamètre suffisant large pour assurer la pérennité de la convection et maintenir le magma au-dessus de sa température de transition vitreuse. La présence de cristaux accélère la convection et améliore l’efficacité du transfert de chaleur entre les régions inférieures et supérieures du système magmatique ; ces cristaux se déposent dans le fond de la chambre pour former une couche de forte concentration d’une dizaine de mètres d’épaisseur. L’introduction de deux batch de magma d’origines différentes a permis de mettre en évidence combien leur composition et le comportement du lac de lave étaient sensibles à la température à laquelle ces batch sont générés. D’autre part, un batch ne contribuera au budget de dégazage dans des proportions consistantes avec les observations que si un seuil de flottabilité suffisant a été atteint. Dans le cas contraire, la migration d’une quantité de magma nécessaire à ce dégazage ne pourrait se faire que dans un conduit de très grand diamètre. Les paramètres physiques de la croute qui se forme lors du refroidissement de la surface du lac de lave, tels que son épaisseur et sa perméabilité, influent sur sa capacité à se déformer sous la pression qu’elle piège et à permettre un dégazage de type effusif. Cette pression conditionne à son tour la porosité du magma en surface et éventuellement le degré de dégazage du magma qui redescend vers la chambre magmatique. Cette étude nous a permis de mieux appréhender les mécanismes associés à une éruption de régime effusif et constitue une étape dans la compréhension de la transition à un régime explosif, préoccupation majeure des centres de surveillance volcaniques. / The observed phenomenon of permanent degassing of the volcano Erebus is accompanied by a cyclic variation of gas composition and level of its crater lake that we proposed to model in the assumption that these fluctuations are caused by the arrival of batch of magma originated at shallow depth, ascending in a conduit through which percolates a continuous flow of gas whose origin is deeper. We first showed that the observed effect of convection on the surface could not be explained solely by thermal convection of a liquid-crystals mixture. If a continuous supply of magma and gas in an open system simulates a pulsating behavior of the surface, this contribution must be large enough for the changes in surface velocity thus generated can be appreciated. The conduit diameter should be sufficient large to ensure the sustainability of convection and maintain the magma above its glass transition temperature. The presence of crystals convection accelerates and improves the efficiency of heat transfer between the upper and lower regions of the magmatic system; these crystals settle at the bottom of the chamber to form a layer of high concentration of about ten meters thickness. The introduction of two batches of magma from different depths of nucleation helped to highlight how their composition and the behavior of the lava lake were sensitive to the temperature at which they are generated. On the other hand, a batch will contribute to the degassing budget in proportions consistent with the observations only if a threshold of sufficient buoyancy was achieved. Otherwise, the migration of the amount of magma required for the degassing will only occur in a conduit of very large diameter. The physical parameters of the crust forming as the surface of the lava lake cools down, such as thickness and permeability, affect its ability to deform under pressure and to allow the trapped pressure to degas under an effusive regime. This pressure in turn influences the porosity of the magma at surface and possibly the degree of degassing of the magma being recirculated toward the magma chamber. This study allowed us to better understand the mechanisms associated with an effusive eruption regime and is a step in understanding the transition to an explosive regime, a major concern for the volcanic monitoring centers.

Le lien entre les éléments volatils CO₂-H₂O et la fusion mantellique a depuis maintenant longtemps été illuminé par l’expérimentation. Une large base de données expérimentales existe et souligne l’effet primordial de ces éléments sur l’abaissement des températures de fusion de la péridotite ainsi que sur la composition des liquides magmatiques produits comme une fonction des conditions P – T – fo₂ – composition du système. Néanmoins, la diversité et la complexité de cette base de données peuvent compliquer sa compréhension globale. Dans cette étude, une analyse détaillée de la composition des liquides magmatiques riches en CO₂ et H₂O est réalisée, soulignant notamment une transition non-linéaire et plus ou moins abrupte entre des liquides carbonatitiques et des liquides silicatés. Un modèle thermodynamique est élaboré afin de calculer l’activité de SiO₂ dans les liquides magmatiques riches en CO₂-H₂O (aSiO₂(l)) et coexistant avec un assemblage péridotitique, depuis des termes carbonatitiques jusqu’à des termes basaltiques. L’application de ce modèle dans des conditions de ride océanique prédit la stabilisation des liquides carbonatitiques au démarrage de la fusion redox (liée à la transition graphite/diamant- carbonates) jusqu’à environ 100 km de profondeur, avant d’évoluer plus ou moins abruptement vers des liquides silicatés riche en CO₂. Au niveau des cratons, les kimberlites de Groupe I sont stabilisés en base de lithosphère (~250 km de profondeur), et peuvent être formés à partir d’un plume mantellique. L’épaisseur de cette lithosphère empêche la remontée du plume et la formation des OIB. Afin de décrire plus pleinement les propriétés thermodynamiques du liquide magmatique, un modèle plus complexe (système CMAS-CO₂) est en construction, dont la méthodologie est modifiée par rapport au précédent modèle calculant aSiO₂(l) ; un effort tout particulier est ici mené afin de mieux considérer les incertitudes expérimentales et thermodynamiques. / The link between volatiles (CO₂-H₂O) and mantle melting has so far been illuminated by experiments. A large experimental database exists and emphasizes the importance of volatiles on lowering solidus temperatures of peridotite and modifying the melt composition as a function of P – T – fo₂ – bulk composition. Nevertheless, the diversity and the complexity of this experimental database may complicate its global understanding. In this study, an analysis of CO₂-H₂O-rich melt composition is done, emphasizing the non-linear and more or less abrupt character of the transition between carbonate-rich melts and silicate-rich melts. A thermodynamic model is accomplished to calculate the silica activity in CO₂-H₂O-rich melts coexisting with peridotite assemblage and covering carbonatitic to basaltic terms. Along an oceanic ridge adiabat, the model predicts that carbonatitic melts can be stabilized at the onset of “redox melting” (transition between graphite/diamond-carbonates) to about 100 km depth, before abruptly evolving towards carbonated silicate melts. In cratons, Group I kimberlites are stabilized at the base of the lithosphere (about 250 km depth), and can originate from a mantle plume. The thickness of the lithosphere prevents the plume ascent and the production of OIB. In the aim of describing the melt thermodynamic properties more precisely, a more complex model (system CMAS-CO₂) is under construction, with a modified methodology relative to the previous model of silica activity; a specific effort is here conducted in order to better consider experimental and thermodynamic uncertainties.

L'objectif principal de cette thèse est de décrire les quelques conséquences importantes de l'interaction d'un magma basique avec les sédiments qui forment son encaissant.<br />La première partie du manuscrit rappelle quelques résultats intéressants sur l'influence d'un encaissant sur un magma (assimilation d'encaissant par un magma) et sur l'influence de l'écoulement d'un magma sur l'encaissant (métamorphisme de contact). Cette partie rappelle également comment et pourquoi l'interaction entre les magmas et les roches sédimentaires de l'encaissant est souvent à la base de formation de gisements de métaux.<br />La deuxième partie apporte une nouvelle explication à la formation du gisement de magnétite titanifère de Panzhihua. Cette intrusion basique s'est mise en place dans des dolomies. Les dolomies métamorphisées ont émis une grande masse de CO2 qui a contaminé le magma et augmenté sa fugacité en oxygène. La magnétite a cristallisé précocement dans ce magma à forte fugacité en oxygène. Elle a subi une ségrégation par densité et s'est accumulée en fond de chambre magmatique.<br />Cette partie est en anglais. Elle a fait l'objet d'un article (in press) dans la revue Mineralium Deposita.<br />La troisième partie propose une étude plus détaillée des lithologies de l'auréole de contact de Panzhihua. Des données isotopiques nous permettent d'expliquer la formation des principaux types de skarns rencontrés dans l'auréole de contact. L'essentiel de l'auréole a constitué un système fermé vis-à-vis des éléments majeurs et traces. D'importants flux de CO2 (lors de la décarbonatation) puis d'eau (lors de l'hydratation) ont cependant traversé l'auréole de contact. Un échantillon de marbre à brucite montre des indices de fusion partielle (~20%). Un échantillon de skarn (zebra-rock) présente des indices de mélange chimique entre le magma et la dolomie.<br />La quatrième partie présente les résultats de l'étude d'une seconde auréole de contact, associée au gisement de sulfures de Ni-Cu magmatique d'Aguablanca (Espagne). L'intrusion d'Aguablanca s'est mise en place dans des calcaires argileux. Sa composition chimique montre des indices d'incorporation d'encaissant carbonaté. En modifiant la fugacité en oxygène du magma, l'incorporation de carbonates pourrait être impliqué dans la formation de ce gisement de Ni-Cu. Un modèle simple nous a permis de calculer la composition chimique des protolithes à partir des compositions chimiques des marbres, skarns et hornfels de l'auréole de contact. Nous avons ainsi pu montrer que les calcaires les plus purs sont également ceux qui libèrent le moins de CO2. La présence d'argiles dans les calcaires « impurs » permet diverses réactions de formation de silicates qui libèrent du CO2 lors du métamorphisme.<br />Dans la cinquième partie, nous rappelons la coïncidence temporelle entre la mise en place des grandes provinces magmatiques et les crises de la biosphère. Nous expliquons l'absence de relation de proportionnalité entrele volume de lave émis et l'intensité des crises et montrons que les sédiments sont les principales sources de gaz lors de la mise en place des grandes provinces magmatiques. L'intensité des crises dépend plus de la nature des roches dans lesquelles les trapps se mettent en place que du volume de lave émis.<br />Cette partie comporte une section en anglais, préparée pour être soumise à Geology.

Le phénomène de dégazage permanent observé sur le volcan Erebus s'accompagne d'une variation cyclique de la composition des gaz et du niveau de son lac de cratère que nous nous sommes proposé de modéliser en partant de l'hypothèse que ces fluctuations sont causées par l'arrivée de batch de magma naissant à faible profondeur, ascendant dans un conduit à travers duquel percole un flux continu de gaz dont l'origine est plus profonde. Nous avons tout d'abord montré par simulation numérique que la vigueur de la convection observée en surface ne pouvait être expliquée par la seule convection thermique d'un mélange liquide-cristaux. Si une alimentation continue en magma et gaz dans un système ouvert permet de simuler un comportement pulsatif de la surface, cet apport doit être suffisamment important pour que les changements de vitesse de surface ainsi générés puissent être appréciés. Le conduit doit avoir un diamètre suffisant large pour assurer la pérennité de la convection et maintenir le magma au-dessus de sa température de transition vitreuse. La présence de cristaux accélère la convection et améliore l'efficacité du transfert de chaleur entre les régions inférieures et supérieures du système magmatique ; ces cristaux se déposent dans le fond de la chambre pour former une couche de forte concentration d'une dizaine de mètres d'épaisseur. L'introduction de deux batch de magma d'origines différentes a permis de mettre en évidence combien leur composition et le comportement du lac de lave étaient sensibles à la température à laquelle ces batch sont générés. D'autre part, un batch ne contribuera au budget de dégazage dans des proportions consistantes avec les observations que si un seuil de flottabilité suffisant a été atteint. Dans le cas contraire, la migration d'une quantité de magma nécessaire à ce dégazage ne pourrait se faire que dans un conduit de très grand diamètre. Les paramètres physiques de la croute qui se forme lors du refroidissement de la surface du lac de lave, tels que son épaisseur et sa perméabilité, influent sur sa capacité à se déformer sous la pression qu'elle piège et à permettre un dégazage de type effusif. Cette pression conditionne à son tour la porosité du magma en surface et éventuellement le degré de dégazage du magma qui redescend vers la chambre magmatique. Cette étude nous a permis de mieux appréhender les mécanismes associés à une éruption de régime effusif et constitue une étape dans la compréhension de la transition à un régime explosif, préoccupation majeure des centres de surveillance volcaniques.

Les Vosges sont caractérisées par la présence de nombreuses intrusions et extrusions magmatiques d’affinités variées. Elles constituent donc un excellent site d’étude pour contraindre, par la datation et la géochimie, l’évolution des évènements de ce segment de l’orogène Varisque. Ce travail révèle ainsi deux successions d’évènements magmatiques identiques, décalées dans le temps, caractérisent les domaines Moldanubien (360 à 320 Ma) et Saxothuringien (335 à 295 Ma). Ces successions d’évènements magmatiques résultent de deux processus majeurs. L’avancée des croûtes continentales subduites et sous-plaquées au niveau du Moho sous les blocs continentaux permet le passage du magmatisme calco-alcalin au magmatisme calco-alcalin riche en potassium. L’apport de chaleur par désintégration des éléments radiogéniques (K, U et Th) présents dans ces croûtes continentales subduites permet, dans un premier temps, la formation du magmatisme magnésio-potassique en profondeur. Dans un second temps, elle permet la formation du magmatisme d’origine crustale par l’intrusion du magmatisme magnésio-potassique, riche en K, U et Th, à la limite croûte moyenne - croûte supérieure. Ces successions d’évènements magmatiques et particulièrement, la présence des granites magnésio-potassiques, relient clairement les Vosges à la partie Est de l’orogène Varisque (Forêt Noire, Massif de Bohème, Alpes et Corse-Sardaigne). / The Vosges Mountains are characterized by the presence of numerous magmatic intrusions and extrusions of varied affinities. Accordingly, they constitute the best site to investigate, by dating and geochemistry, the evolution of the events affecting this segment of the Variscan orogeny. Two successions of identical magmatic events, shifted in the time, are identified, characterizing both Moldanubian (360 to 320 Ma) and the Saxothuringian (335 to 295 Ma) domains. These successions of magmatic events result of two major process. The progress of subducted and underplated continental crusts at Moho depth under continental blocks permits to shift from calc-alkaline to high potassic calc-alkaline magmatism. The radiogenic heat production from latter underplated continental crusts, in a first time, permits to generate magnesio-potassic magmas at depth. Then, this radiogenic heat permits to generate crustal magmas by intrusion of magnesio-potassic magmas rich in K, U and Th at mid-upper crust boundarie. These successions of magmatic events and particularly, the presence of the magnesio-potassic granites, imply a strong link between the Vosges Mts. and the eastern part of the Variscan orogeny (Black Forest, Bohemian Massif, the Alps and Corsica Batholith).

Les plus anciens gisements d’uranium connus sur Terre sont les gisements de type paléo-placer hôtes de conglomérats à cailloux de quartz d’âge compris entre 3,09 et 2,2 Ga. Ces gisements représentent les reliques de l’ancienne croûte continentale archéenne maintenant érodée. L’origine de leurs concentrations primaires, correspondant à des accumulations de grains détritiques d’uraninite, est toujours sujette à controverse et la nature et les processus de formation des roches sources archéennes demeurent incertains.Ce travail présente l’analyse minéralogique et géochimique détaillée des minéralisations de différents paléo-placers (Witwatersrand en Afrique du Sud, Elliot Lake au Canada et séries Jatuliennes en Russie) ainsi que de granitoïdes archéens et paléoprotérozoïques enrichis en uranium (séries granitiques calco-alcalines à potassiques du craton de Kénéma Man en Guinée, granites tardi-orogéniques du craton de Pilbara en Australie Occidentale, pegmatite peralumineuse de Tanco du Bouclier Canadien et pegmatites à uraninite du Bouclier Baltique en Finlande et Russie). L’étude comparative de ces roches uranifères échantillonnées tout autour du globe prouve à la fois i) l’existence précoce (>3,1 Ga) de granitoïdes différenciés produits par la fusion partielle d’une croûte pré-enrichie tels que des granites peralumineux ou de type S, ii) nécessairement la présence d’un mécanisme permettant de produire ce type de granites comme les zones de subduction ou de collision générées par le mouvement des plaques tectoniques, iii) l’origine magmatique des uraninites thorifères des paléo-placers, iv) la présence d’une atmosphère réductrice avant 2,2 Ga permettant la préservation des uraninites durant leur transport, v) et finalement l’augmentation de l’oxygène libre dans l’atmosphère paléo-protérozoïque à partir de 2,2 Ga provoquant la disparition des paléo-placers uranifères en faveur de l’altération et de l’oxydation des concentrations préexistantes, de la remobilisation de l’uranium et de la formation de dépôts secondaires / The oldest known uranium deposits on the Earth are the paleoplacer-type deposits hosted in quartz-pebble conglomerates from 3.09 to 2.2 Ga in age. These deposits are representative of the ancient Archean continental crust now eroded. The origin of the primary ores corresponding to accumulation of detrital uraninite is still controversy and the nature and forming processes of the Archean source rocks remain uncertain.This work provides the detail mineralogical and geochemical analysis of mineralization from different paleoplacer-type deposits (Witwatersrand in South Africa, Elliot Lake in Canada and the Jatulian series in Russia) and from Archean and Paleoproterozoic U-enriched granitoids (calco-alkaline to potassic granite series from the Kenema Man Craton in Guinea, late-orogenic granites from the Pilbara Craton in West Australia, the Tanco pegmatite from the Canadian Shield and uraninite bearing pegmatites from the Baltic Shield in Finland and Russia). The comparative study of these worldwide uraniferous rocks prove either i) the existence of highly differentiated granitoids produced by the partial melting of a pre-enriched crust as peraluminous and S-type granites in early time (>3.1 Ga), ii) obviously the presence of an effective mechanism to produce such granites as tectonic plate systems with subduction or collisional zones, iii) the magmatic origin of the thorian uraninites in paleoplacers, iv) the efficiency of a reductive atmosphere prior to 2.2 Ga permitting the preservation of uraninite during transportation, v) and finally the rise of the oxygen-free level in the paleoproterozoic atmosphere providing the disappearance of uraniferous paleoplacers in favour of weathering, oxidation of pre-existing concentrations, remobilization of uranium and formation of secondary deposits

Les Vosges sont caractérisées par la présence de nombreuses intrusions et extrusions magmatiques d'affinités variées. Elles constituent donc un excellent site d'étude pour contraindre, par la datation et la géochimie, l'évolution des évènements de ce segment de l'orogène Varisque. Ce travail révèle ainsi deux successions d'évènements magmatiques identiques, décalées dans le temps, caractérisent les domaines Moldanubien (360 à 320 Ma) et Saxothuringien (335 à 295 Ma). Ces successions d'évènements magmatiques résultent de deux processus majeurs. L'avancée des croûtes continentales subduites et sous-plaquées au niveau du Moho sous les blocs continentaux permet le passage du magmatisme calco-alcalin au magmatisme calco-alcalin riche en potassium. L'apport de chaleur par désintégration des éléments radiogéniques (K, U et Th) présents dans ces croûtes continentales subduites permet, dans un premier temps, la formation du magmatisme magnésio-potassique en profondeur. Dans un second temps, elle permet la formation du magmatisme d'origine crustale par l'intrusion du magmatisme magnésio-potassique, riche en K, U et Th, à la limite croûte moyenne - croûte supérieure. Ces successions d'évènements magmatiques et particulièrement, la présence des granites magnésio-potassiques, relient clairement les Vosges à la partie Est de l'orogène Varisque (Forêt Noire, Massif de Bohème, Alpes et Corse-Sardaigne).

L’étude des basaltes des îles océaniques (OIB) révèle la complexité du manteau terrestre, dont la composition chimique est hautement variable. Décrypter l’implication des lithologies des roches sources et des processus à l’origine des OIB est complexe car les magmas sont transformés lors de leur ascension jusqu’à la surface. Ceci est particulièrement critique dans le cas des îles Canaries, où la lithosphère est considérée comme particulièrement épaisse (>110 km Fullea et al., 2015). Afin de mieux contraindre la composition chimique des magmas primitifs et les lithologies mantelliques plausiblement impliquées, deux éruptions historiques de l’île de Lanzarote, les éruptions de Timanfaya (1730-1736) et celles de 1824, ont été étudiées. En effet, ces deux éruptions offrent une opportunité unique d’étudier les mécanismes de génération des magmas et leurs compositions dans un contexte où le manteau est hétérogène. L’éruption de historique de Timanfaya (1730-1736) a émis des magmas qui ont évolué de basanites à basaltes alcalins, pour atteindre des compositions tholeitiques à la fin de l’éruption. La dernière éruption de l’île, en 1824, a produit des basanites extrêmement riches en volatils. L’hétérogénéité du manteau est démontrée à l’extrême à Lanzarote où une seule éruption présente une variation de compositions chimiques équivalente à la diversité de celles des OIB dans le monde. L’extrême hétérogénéité est systématique pour les compositions des roches totales et des téphras à l’échelle d’une éruption, mais est encore amplifiée à l’échelle du minéral et des inclusions magmatiques contenus dans un même échantillon de téphra.Les concentrations des éléments traces et leurs rapports dans l’olivine (e.g. Ni, Mn et Ca) sont de précieux marqueurs des lithologies mantelliques à l’origine des magmas. En effet, les rapports Ni x (FeO/MgO), corrigé du fractionnement, et Fe/Mn sont des indicateurs de lithologies avec ou sans olivines. Il est considéré qu’ils peuvent montrer, dans la plupart des cas, l’ajout d’un liquide magmatique dérivé d’une pyroxénite dans les magmas primaires. La mesure des compositions des éléments traces des olivines des éruptions de 1730-1736 et de 1824 montrent les implications variables de plusieurs lithologies mantelliques au cours du temps. Lors de la fusion d’une lithologie ne contenant pas d’olivines, comme la pyroxénite, de hautes teneurs en Ni et de faibles teneurs en Mn et Ca sont attendues. Les basanites de Lanzarote présentent les plus grandes variations géochimiques, couvrant le champ compositionnel des olivines des MORB et des OIB du monde entier, tandis que les produits plus tardifs, c’est-à-dire les basaltes alcalins et les tholéites, ont des teneurs typiques de liquides magmatiques dérivés de pyroxénites. Les teneurs en forstérite (Fo) des olivines diminuent systématiquement avec le temps durant l’éruption de 1730-1736 et la proportion de liquide primaire saturé en silice augmente dans les mélanges de magmas primitifs avec le temps. A la fin de l’éruption, les magmas tholéitiques cristallisent des olivines dont la teneur en Fo est faible, alors que les concentrations en Mn et Ca augmentent simultanément avec le rapport Ca/Al pour des rapports Fe/Mn et Ni x (FeO/MgO) relativement constants. Ces observations sont expliquées par une augmentation de la fusion par décompression à température légèrement plus faible. D’autre part, les basanites de l’éruption de 1824 possèdent les olivines ayant les teneurs en Fo les plus élevées, et des teneurs en éléments traces dépassant la variabilité des basanites de l’éruption de Timanfaya. Le fait que les basanites de Lanzarote contiennent des olivines dont les compositions en éléments traces recouvrant le champ des MORB et des liquides pyroxènitiques est expliqué par la fusion d’une source contenant des lithologies hétérogènes, induite par un flux de CO2, générant ainsi des magmas aux compositions diverses. (...) / The study of oceanic island basalts (OIB) reveals the complexity of the mantle, which composition is highly variable. Deciphering the source lithologies and processes involved in the OIB formation is challenging since the magmas are transformed on their way to the surface. This is especially critical at Canary Islands where the lithosphere is thought to be remarkably thick (>110 km Fullea et al., 2015). In order to better constrain the composition of primitive magmas and the plausible mantle lithologies involved, two historical eruptions recorded at Lanzarote island, Timanfaya 1730-1736 and 1824 eruptions have been investigated. Indeed, these two eruptions offer a unique opportunity to investigate the mechanisms of magma generation and composition in the context of mantle heterogeneity. The Timanfaya, 1730-1736 historical eruption emitted magmas that evolved from basanites through alkali basalts, finally reaching tholeiitic compositions at the end of the eruption. In 1824 the last eruption on the island produced extremely volatile-rich basanite. The heterogeneity of the mantle is demonstrated to the extreme in Lanzarote where a single eruption exhibits compositional variations similar to the span of the OIB worldwide. The extreme heterogeneity is systematic from whole rock lava and tephra at eruption scale but amplified at mineral and melt inclusion scale within a single tephra sample of the eruption.The use of trace element concentrations and ratios of olivine (e.g. Ni, Mn, and Ca) are valuable indicators of the mantle source lithology, namely, the fractionation-corrected Ni x (FeO/MgO) and Fe/Mn as probes of olivine absent or present lithologies, often taken as pyroxenite-derived component in mixtures of primary melts. The measured trace element concentrations in olivine from the 1730-1736 and 1824 eruptions reveal variable mantle lithologies involved in the magma generation with time. Higher Ni and lower Mn and Ca contents are expected when melting Ol-free source, such as pyroxenite lithologies. The basanites exhibit the largest variation covering the range of olivine in MORB and OIB worldwide whereas later produced alkali-basalts and tholeites have values typically expected from pyroxenite derived melts. The Fo content decreases systematically with time during the 1730-36 eruption and the proportion of silica-saturated primary melt increased in the parental magma mixture with time. At the end of the eruption, tholeiite magmas crystallized olivine with lower Fo content, whereas those concentrations of Mn and Ca increased together with Ca/Al at relatively uniform Ni x (FeO/MgO) and Fe/Mn, all of which is readily explained by increased decompression melting at slightly lower temperature. The basanite from the eruption that took place in 1824 has olivine with the highest Fo content and trace element variability expanding the range of the Timanfaya basanite. The fact that Lanzarote basanites contain olivine with trace element systematic spanning that of MORB and pyroxenite melt is explained by CO2-flux melting of a lithologically heterogeneous source, generating the diverse compositions. In addition, early reactive porous flow through the depleted oceanic lithosphere and equilibration with harzburgite restite caused Ni depletion of the earliest percolating pyroxenite melt from which olivine crystallized and probably leaving dunite channels. After the channel formation mantle nodules could be brought to the surface. The fact that olivine compositions and basanite magma were reproduced approximately a century later may reflect episodic carbonatic fluxing in the slowly uprising Canarian mantle plume. (...)

Nous étudions dans ce travail la modélisation de la cristallisation d'une chambre magmatique fermée. Le modèle physique et mathématique couple trois phénomènes élémentaires : solidification, sédimentation et réactions chimiques entre solide et liquide magmatique. L'adimensionnement des équations aux dérivées partielles permet de faire apparaître deux paramètres exprimant les ratios respectifs de la vitesse de solidification sur la vitesse de déplacement et de la cinétique d'échange chimique sur la vitesse de déplacement. La vitesse de déplacement relatif entre le solide et le liquide, la vitesse de solidification et la loi de partage à l'équilibre sont supposées connues ; la loi d'équilibre chimique peut être non linéaire et s'appliquer aux éléments majeurs. Le modèle est écrit pour un constituant chimique. Il est scindé en deux sous modèles, celui de la cristallisation/sédimentation et celui du transport réactif. Le premier est exprimé par une équation de nature hyperbolique et est résolu par un schéma à trois points, le second est résolu par des schémas décentrés. Le code de calcul est écrit en langage Fortran 90, il est ensuite validé par des méthodes théoriques telles que la méthode des courbes caractéristiques, par des calculs analytiques ou par des considérations qualitatives. Les simulations numériques montrent que, pour certaines valeurs des paramètres adimensionnés et pour certaines formes de la loi d'équilibre chimique, la composition chimique de la chambre peut présenter une répartition non uniforme des compositions, en particulier bimodale (deux valeurs des concentrations sont privilégiées), à partir de conditions initiales homogènes. Le degré de cette bimodalité dépend notamment de la forme de la loi de partage à l'équilibre. Ce modèle fournit un cadre intellectuel pour discuter les phénomènes responsables de la variété de compositions des roches magmatiques, notamment dans une même province. Il montre en particulier que le couplage entre trois phénomènes élémentaires suffit à rendre compte de la bimodalité ou plus généralement de l'apparition de discontinuités de composition, sans faire intervenir de phénomène additionnel.

L'influence de la présence de liquide sur les propriétés sismiques des systèmes partiellement fondus, ici les chambres magmatiques des dorsales océaniques et les panaches mantelliques, est mal contrainte. Cette étude apporte de nouvelles observations sismologiques sur l'anisotropie sismique sous la Polynésie française et les Galápagos. Les mesures du déphasage des ondes SKS et l'analyse de la polarisation des ondes P en Polynésie française montrent la participation de deux contributions: asthénosphérique et lithosphérique. La présence de liquide dans le manteau supérieur sous l'archipel des Galápagos pourrait se traduire par une absence d'anisotropie au centre de l'archipel. Les mesures d'atténuation des ondes ScS multiples confirment l'existence d'une zone plus atténuée au niveau de la Polynésie française que dans le reste du Pacifique sud. En outre, des mesures d'atténuation ont été réalisées dans des gabbronorites partiellement fondues aux fréquences sismiques, entre 500 et 1200°C. Au-dessus de la température de fusion, l'atténuation augmente significativement avec une dépendance plus forte à la fréquence. Il est montré que le mécanisme d'atténuation associé à l'écoulement localisé de liquide pourrait se superposer à un mécanisme d'atténuation associé à une diffusion au niveau des joints de grains. D'autre part, de nouvelles mesures expérimentales de la viscosité de deux silicates basaltiques et d'un silicate andésitique ont été effectuées. Des lois expérimentales de fluage décrivant les variations de viscosité dans une large gamme de températures sont proposées, ainsi que les paramètres thermodynamiques des échantillons analysés.