L’objectif principal de cette thèse est de décrire et interpréter la mise en place des différents types de minéralisations présents dans le district minier de Nefza (NO de la Tunisie), qui constitue une région complexe et particulière du point de vue géologique dans ce pays. En effet, outre la présence de diapirs triasiques (commune à tout le Nord de la Tunisie), le district minier de Nefza est caractérisé par : (1) la mise en place d’épaisses nappes au Néogène qui forment le substratum sédimentaire régional, et (2) la présence d’une grande variété de roches magmatiques tant plutoniques que volcaniques, d’âge miocène (12,9 à 6,4 Ma),: - la granodiorite de l’Oued Bélif, qui est liée à l’évolution d’un magma calco-alcalin contaminé par la croûte ; - les rhyodacites de Aïn Deflaia, de l’Oued Bélif et du Jebel Haddada, qui résultent du mélange entre ce magma calco-alcalin et un magma de fusion crustale ; - les basaltes de Mokta el Hadid marquant la transition vers un magmatisme alcalin. A proximité des roches magmatiques – et en relation avec ces dernières – on observe différents types de minéralisation, riches en Fe, en Fe-Cu-Au, et en Pb-Zn. Parmi ces minéralisations, ce travail a permis de reconnaître : - un gisement (de volume réduit) de type « Iron Oxide Copper Gold » (IOCG), qui minéralise la brèche de l’Oued Bélif, datée du Miocène supérieur. Le minerai ferrifère (hématite et goethite), riche en F, Cu, REE, U et Au, cimente des clastes de taille variable et de nature principalement triasique ; - deux gisements (de volume modeste) de Pb-Zn, de type « sedimentary exhalative » (Sedex) qui prennent place dans lentilles carbonatées des bassins d’âge miocène supérieur de Sidi Driss et de Douahria. Les minéralisations syndiagénétiques (messiniennes) à galène, sphalérite sphérulitique et pyrite, remplacent : (1) des calcites riches en Fe-Mn et (2) des sulfates (barytine et célestine) qui remplacent eux-mêmes de façon précoce les carbonates (avant la mise en place des sulfures) ; - un gisement économique d’oxydes de Fe de type latéritique (mine de Tamra, minerais datés du Mio-Pliocène), qui résulte vraisemblablement de plusieurs épisodes de reconcentration du fer, en conditions pédogénétiques. Ce minerai enregistre également des apports hydrothermaux qui mènent, entre autres, à la précipitation de minéralisations riches en Mn, Pb, Zn et Ba. Ces unités géologiques sont étroitement liées au contexte géodynamique particulier du Nord de la Tunisie au Néogène. Ce dernier passe d’un régime compressif au Serravallien-Tortonien, qui voit la mise en place des roches magmatiques felsiques, à un régime extensif qui, à partir du Messinien (fini-Tortonien ?), se marque par la mise en place de basaltes et une augmentation du gradient thermique régional. Ce régime extensif favorise/active la circulation de fluides hydrothermaux et leur enrichissement en métaux au contact des formations constitutives du substratum régional. Ces fluides, mélangés aux fluides superficiels (localement riches en soufre au Messinien), mèneraient au dépôt de la plupart des minéralisations observées.

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. (...)

Les grandes éruptions caldériques sont parmi les phénomènes les plus destructeurs de la Terre, mais les processus à l’origine des grands réservoirs de magma siliceux et pauvre en cristaux qui alimentent ces éruptions ne sont pas bien compris. Le temps de stockage de ces réservoirs dans la croûte supérieure a un intérêt particulier. De longs temps de stockage—jusqu’à 105 ans—ont été estimés en utilisant les temps de repos entre les éruptions et les âges radiométriques des cristaux qui se trouvent dans les produits éruptifs. Par contre, des travaux récents sur la diffusion dans des cristaux suggèrent que les réservoirs qui alimentent même les plus grandes éruptions peuvent se mettre en place pendant une période beaucoup plus courte—101–102 ans. Afin de répondre à cette question, j’ai étudié l’éruption dacitique de Cape Riva de Santorin, Grèce (>10km3, 22 ka). Pendant les 18.000 ans précédant cette éruption, une série de dômes et de coulées dacitiques a été émise, alternant avec des dépôts de ponce dacitique (le complexe de dômes de Therasia). Ces dacites ont des compositions similaires à celle qui a été émise pendant l’éruption de Cape Riva, et ont été décrites précédemment comme des « fuites » provenant du réservoir de Cape Riva pendant sa croissance. Cependant, le magma de Cape Riva est appauvri en éléments incompatibles (tels que K, Zr, La, Ce) par rapport au magma de Therasia, une différence qui apparaît également dans les cristaux de plagioclase. Cette différence ne peut pas être expliquée par des processus peu profonds, tels que la cristallisation fractionnée ou l’assimilation de la croûte, ce qui suggère que les magmas de Cape Riva et Therasia ont des origines différentes. En outre, il existe des arguments tendant à montrer que les dacites de Therasia n’ont pas été alimentées par un réservoir majoritairement liquide ayant eu une longue durée de vie. Il y a des variations non systématiques dans la composition du magma, les compostions des bords ainsi que les caractéristiques des cristaux de plagioclase tout au long de la séquence. De plus, les temps de résidence à haute température des cristaux de plagioclase et d’orthopyroxène estimés par des modèles de diffusion sont 101–102 ans. Ces temps sont courts par rapport au temps moyen entre éruptions (1.500 ans), ce qui suggère que les cristaux observés dans chaque coulée ne se sont formés que peu de temps avant l’éruption. Les différentes teneurs en éléments incompatibles indiquent qu’un nouveau magma s’est mis en place dans le système volcanique superficiel peu de temps avant l’éruption de Cape Riva. Cet apport de magma a eu lieu après la dernière éruption de Therasia, qui s’est produite <2.800±1.400 ans avant l’éruption de Cape Riva selon les âges 40Ar/39Ar. Les périphéries des cristaux de plagioclase présents dans la dacite de Cape Riva sont en équilibre avec une rhyodacite, avec une composition similaire à celui du verre de l’éruption. Cependant, les zonations dans les éléments majeurs et traces enregistrent des changements dans la composition du liquide magmatique pendant la croissance des cristaux. La composition du centre de la plupart des cristaux de plagioclase est la même que celle des bords ; toutefois ces cristaux sont souvent partiellement résorbés, et la croissance a repris avec du plagioclase plus calcique. Ces cycles se répètent jusqu’à trois fois. La relation étroite entre la teneur en anorthite, Sr et Ti des différentes zones suggère que la composition des plagioclases est corrélé avec la composition du liquide, allant de liquides dacitiques à rhyodacitiques. Des cristaux d’orthopyroxène révèlent une séquence similaire. Les motifs de zonation sont interprétés comme un témoin de la formation du réservoir de Cape Riva dans la croûte supérieure par le mélange de plusieurs magmas ayant des compositions diverses. Des modèles de diffusion de Mg dans le plagioclase et de Fe–Mg dans l’orthopyroxène suggèrent que ce mélange a eu lieu 101–102 ans avant l’éruption. / Large, explosive, caldera-forming eruptions are amongst the most destructive phenomena on the planet, but the processes that allow the large bodies of crystal-poor silicic magma that feed them to assemble in the shallow crust are still poorly understood. Of particular interest is the timescales over which these reservoirs exist prior to eruption. Long storage times—up to 105 y—have previously been estimated using the repose times between eruptions and radiometric dating of crystals found within the eruptive products. However, more recent work modelling diffusion within single crystals has been used to argue that the reservoirs that feed even the largest eruptions are assembled over much shorter periods—101–102 y. In order to address this question, I studied the >10km3, 22-ka, dacitic Cape Riva eruption of Santorini, Greece. Over the 18 ky preceding the Cape Riva eruption a series of dacitic lava dome and coulées were erupted, and these lavas are interspersed with occasional dacitic pumice fall deposits (the Therasia dome complex). These dacites have similar major element contents to the dacite that was erupted during the Cape Riva eruption, and have previously been described as “precursory leaks” from the growing Cape Riva magma reservoir. However, the Cape Riva magma is depleted in incompatible elements (such as K, Zr, La, Ce) relative to the Therasia magma, as are the plagioclase crystals in the respective magmas. This difference cannot be explained using shallow processes such as fractional crystallisation or crustal assimilation, which suggests that the Cape Riva and Therasia magmas are separate batches. Furthermore, there is evidence that the Therasia dacites were not fed from a long-lived, melt-dominated reservoir. There are non-systematic variations in melt composition, plagioclase rim compositions, and plagioclase textures throughout the sequence. In addition, high-temperature residence times of plagioclase and orthopyroxene crystals from the Therasia dacites estimated using diffusion chronometry are 101–102 y. This is short compared to the average time between eruptions (1,500 y), which suggests the crystals in each lava grew only shortly before eruption. The different incompatible element contents of the Cape Riva and Therasia magmas and plagioclase crystals suggest that a new batch of incompatible-depleted silicic magma arrived in the shallow volcanic plumbing system shortly before the Cape Riva eruption. This influx must have taken place after the last Therasia eruption, which 40Ar/39Ar dates show occurred less than 2,800±1,400 years before the Cape Riva eruption. The rims of the plagioclase crystals found in the Cape Riva dacite are in equilibrium with a rhyodacite, with a similar composition to the Cape Riva glass. However, the major and trace element zoning patterns of the crystals record variations in the melt composition during their growth. The compositions at the centre of most crystals are the same as the rims; however, these crystals are often partially resorbed and overgrown by more calcic plagioclase. The plagioclase then grades normally back to rim compositions. This cycle is repeated up to three times. The tight relationships between the anorthite, Sr and Ti contents of the different zones suggests that the composition of the plagioclase crystals correlates with the composition of the melt from which theygrew. The different plagioclase compositions correspond to dacitic and rhyodacitic melt compositions. The orthopyroxene crystals reveal a similar sequence, although they only record one cycle. These zoning patterns are interpreted to document the assembly of the Cape Riva reservoir in the shallow crust through the amalgamation of multiple batches of compositionally diverse magma. Models of magnesium diffusion in plagioclase and Fe–Mg interdiffusion in orthopyroxene suggest that this amalgamation took place within 101–102 y of the Cape Riva eruption.

Comprendre l’enrichissement des liquides sulfurés en éléments chalcophiles et sidérophiles pouvantmener à la formation de gisements de sulfures magmatiques.Le premier objectif de cette thèse a été de quantifier les variations des coefficients de partage (Dsul/sil)de Co, Ni, Cu, Pd, Ag, Pt et Au dans des conditions crustales typiques des intrusions de la région deNoril’sk-Talnakh (Russie), par le biais d’une étude expérimentale en autoclave à chauffage interne,effectuée à 1200 °C, 70 MPa, sous différentes fugacités d’oxygène.Les résultats montrent que les Dsul/sil de Pd, Ag, Pt et Au augmentent avec la teneur de ces élémentsdans le liquide sulfuré, indiquant qu’ils ne suivent pas la loi de Henry, au contraire de ceux de Co, Ni, etCu. Ces Dsul/sil permettent de reproduire les teneurs en métaux des sulfures naturels de la région deNoril’sk, à partir d’un magma parent plus enrichi en Pd et Pt que les laves de la région, et en invoquantl’interaction entre des masses de liquide silicaté et de liquide sulfuré pour pouvoir enrichir ce dernier(facteur R entre 300 et 1000 pour les sulfures massifs et entre 300 et 6000 pour les disséminés).Le second objectif de cette thèse a été de modéliser, par une approche thermodynamique, les variationsdes Dsul/sil en fonction des conditions magmatiques. Ce modèle décrit les variations des Dsul/sil avec latempérature, la pression, la fugacité d’oxygène et la chimie des liquides, et suggère que les magmasmafiques à l’équilibre avec les liquides sulfurés les plus enrichis sont ceux qui ont les plus faiblestempératures et pressions, et les fugacités d’oxygène les plus élevées. / A comprehensive knowledge of metal partitioning between sulfide liquid and silicate melt is essential tounderstand sulfide liquid enrichment in chalcophile and siderophile elements that can lead to theformation of magmatic sulfide ore deposits.The first aim of this thesis was to quantify the partition coefficients (Dsul/sil) for Co, Ni, Cu, Pd, Ag, Pt andAu at crustal conditions relevant to the Noril’sk-Talnakh region (Russia), through an experimental studyconducted in internal heated pressure vessels at 1200 °C, 70 MPa, and under variable oxygenfugacities.Our results show that Dsul/sil for Pd, Ag, Pt and Au increase with the content of the element in the sulfideliquid, showing that they do not follow Henry’s law, in contrast to those for Co, Ni, and Cu. These Dsul/silcan reproduce the metal contents of natural sulfides of the Noril’sk region, starting from a parent magmaPd- and Pt-richer than the lavas of the region, and invoking an interaction between the masses of silicateliquid and sulfide liquid in order to enrich the latter.The second objective of this thesis was to model Dsul/sil variations as a function of magmatic conditions,using a thermodynamic approach. This modeling allows investigating the variations of Dsul/sil withtemperature, pressure, oxygen fugacity and the compositions of both liquids and suggests that the maficmagmas with the lowest temperatures and pressures and the highest oxygen fugacities are those inequilibrium with the most enriched sulfide liquid.

Dans la chaîne hercynienne d'Europe occidentale, la majeure partie des granitoïdes se mettent en place en contexte de collision continentale, mais postérieurement à l'épaississement. Ce sont des granitoïdes de collision, postépaississement. L'exemple étudié est le complexe granitique de Pontivy-Rostrenen (Massif Armoricain, France). Il est constitué d'une association de granitoïdes variés parmi lesquels quatre principaux types sont reconnus. Des granites à deux micas fortement peralumineux, un leucogranite très évolué (plus acide), un monzogranite à biotite peralum ineux et une monzodiorite potassique. L'étude pétrographique et géochimique (majeurs, traces, isotopes) de ces granitoïdes et de leurs relations mutuelles, nous a permis d'élaborer un modèle pétrogénétique, mettant en évidence trois épisodes de fusion crustale, faisant appel à des mécanismes et à des sources différents: - fusion partielle à grande échelle, résultant du rééquilibrage thermique de la croûte et favorisée par la circulation de fluides drainés par le cisaillement sud armoricain; - fusion induite par l'ascension de magmas lamprophyriques dans la croûte, avec production de magmas hybrides; - fusion d'un niveau crustal différent, probablement plus superficiel donnant naissance à un magma très évolué, de basse température; L'étude d'une telle association permet d'approcher indirectement les mécanismes de fusion crustale et la nature des diverses sources activées lors du rééquilibrage d'une chaîne épaissie.

Etude géologique et métallogénique des gisements de fer du Liban

Le but de ce travail est : - décrire briévement la structure et la géologie générale de la région entre le Lac de Lauvitel et la vallée de Valsenestre , secteur ouest du haut Dauphiné - décrire la pétrologie, la géochimie des roches magmatiques de ce secteur - utiliser les données géochimiques , minéralogiques , éléments traces , morphologie des zircons afin de définir et différencier les roches magmatiques dans leur contexte dynamique

Parmi les suspensions naturelles, les suspensions magmatiques sont directement impliquées dans des processus géologiques d'importance majeure tels que le volcanisme et la dynamique mantellique et crustale. Au cours du transfert et de la mise en place des magmas, l'influence de la déformation sur les mécanismes de cristallisation des liquides silicatés et sur l'interaction entre structures cristallines et propriétés rhéologiques reste un domaine largement inexploré. L'Orientation Préférentielle de Forme (OPF) des minéraux dans les magmas peut présenter des propriétés directionnelles homogènes à grande échelle. Ces dernières peuvent aussi varier localement en fonction de la rhéologie du magma et donc essentiellement de la fraction cristalline. En retour, le développement de structures localisées est susceptible d'influencer profondément les capacités de transfert et de mise en place.<br />Les premiers travaux de modélisation analogique et de simulation numérique menés en régime de cisaillement simple ont montré que, pour des fractions cristallines inférieures à 45%, l'OPF s'effectue selon deux stades successifs. Pour de faibles déformations, les fabriques minérales peuvent être décrites sur la base du modèle de Jeffery (1922). Pour de grandes déformations, les interactions entre particules et la distribution des rapports de forme des cristaux constituent les paramètres réglant le caractère alors stationnaire de l'OPF. <br />Afin d'accéder à la totalité du domaine de cristallisation et de mesurer in situ les propriétés dynamiques et structurelles des suspensions magmatiques, le projet de recherche développé depuis 2003 s'appuie sur l'approche expérimentale grâce à un autoclave à chauffage interne et pression gazeuse équipé de modules de déformation (presse Paterson). Les deux premiers axes développés sont l'étude des structures et de la rhéologie des suspensions magmatiques sur l'ensemble du domaine de cristallisation et la quantification de la fracturation intra-cristalline aux taux de déformation élevés en conditions tardi-magmatiques et subsolidus. Les premiers résultats de ces travaux permettent d'illustrer le potentiel de la presse Paterson pour la simulation des processus de transport magmatique.

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

L'étude des roches intrus ives de la zone houillère briançonnaise concerne deux phénomènes indépendants permettant d'expliquer leur évolution minéralogique et géochimique : (1) le magmatîsme hercynien (2) et le métamorphisme alpin. Le magmatisme hercynien : Il concerne presque exclusivement les roches intrusives de la série gréso-pélitique du Carbonifère et se traduit par des phénomènes cryptovolcaniques et plutoniques: sills, dykes (peu) et un pluton d'extension kilométrique, de roches surtout microgrenues porphyriques. Les liquides mis en place sont de nature dioritique et granodioritique (9/10) accompagnés d'un faible volume de granite et d'une quantité mineure de roches à tendance basaltique (dolérites s.l. ). La pétrologie et la géochimie des éléments majeurs (hormis Ca, Na et K) et en trace montrent indiscutablement l'appartenance de ce magmatisme à la lignée calco-alcaline et l'unicité de la série de différenciation à partir d'un seul magma parental. L'absence de pyroxène et d'olivine, ainsi que le comportement de V, Ni et Cr, témoignent d'une différenciation par cristallisation fractionnée intratellurique de titanomagnétite, hornblende et plagioclase; en outre, l'absence de minéraux ferromagnésiens pyrogènes anhydres (hormis la titanomagnétite) indique la très grande richesse en fluide de ce magmatisme (plus de 6 % d'eau en poids). Dans les zones fortement injectées, un autométamorphisme apparaît dans les roches intrusives, affectant ces minéraux pyrogènes ou donnant de la biotite ou de l'actino-hornblende et un métamorphisme de contact se développe dans les grès et les pélites encaissantes donnant des cornéennes. Des comparaisons géochimiques (éléments majeurs seulement) effectuées avec d'autres gisements régionaux permiens (Vallon de la Ponsonnière) font apparaitre des divergences notables portant sur le Ti et les alcalins. Le volcanisme de la zone houillère briançonnaise replacé dans le contexte géostructural européen fini-hercynien où des phénomènes volcaniques de nature très diverse (calco-alcalin, alcalin, tholéiitique )se côtoient ou se téléscopent (Vosges), est difficilement interprétable malgré ses caractères géochimiques tranchés. Le comportement géochimique peu contrasté du Ti situe ce magmatisme dans un contexte géostructural compressif et sa position paléogéographique le long de fractures profondes qui ont joué un rôle prépondérant dans l'Europe hercynienne et alpine. Le métamorphisme alpin: Les paragenèses métamorphiques se développent presque exclusivement au sein des porphyres verts (microgranodiorites - microdiorites) qui constituent un milieu chimiquement privilégié, compatible avec la cristallisation des aluminosilicates calciques typomorphes. Deux tendances principales sont mises en évidence dans les porphyres verts: (1) des associations à lawsonite exceptionnelle (région de Briançon) (2) des associations à lawsonite dominante (région de la Bissorte Arc) auxquelles s'associent à divers degrés la pumpellyite, la prehnite, l'albite, le mica blanc, la chlorite et le sphène. La différenciation chimique due au métamorphisme a surtout affecté les alcalins et le Ca. Elle se manifeste par une destruction de la molécule d'anorthite contrebalancée par une albitisation et/ou une muscovitisation qui se traduisent par un gain en Na ou en K et/ou perte substantielle en Ca. Au contraire, l'Al, élément peu mobile, présente par rapport au chimisme originel un gain marqué, manifesté par la présence de corindon normatif. Les autres éléments subissent des variations négligeables diminuées par l'augmentation de la perte au feu. Les teneurs en Li des porphyres verts intermédiaires sont anormalement élevées (X = 50.25) comparativement aux teneurs de quelques andésites non métamorphiques (Sud Pérou et Sardaigne, X = 14.62 et X = 19.04) et la corrélation Li - FeO est hautement significative. En effet, jointe à l'abondance de Fe 2 + de ces roches, la corrélation Li - FeO, et les résultats obtenus par projection vectorielle et A. C. P. N., laissent supposer que la chlorite est le minéral porteur de cet élément. Des analyses ponctuelles à la microsonde sur le couple chlorite - pumpellyite ne mettent en évidence aucune corrélation Fe/ Fe + Mg entre ces deux phases. Contrairement à la pumpellyite qui montre une grande indépendance vis à vis du chimisme de la roche hote, la chlorite montre une dépendance affirmée. Le chimisme des pumpellyites qui varie de la Fe- pumpellyite à l'Al - pumpellyite est très dépendant de fO2 qui contrôle les substitutions Fe3+ - Al3+ et Fe2+ - Mg2+ . La complexité des paragenèses métamorphiques et leur succession indiquent une grande sensibilité des aluminosilicates calciques aux faibles variations des paramètres physiques. Ainsi que le montre la grande ubiquité des paragenèses à calcite-chlorite-albite-mica blanc, a CO2 joue un rôle prépondérant dans la stabilité des aluminosilicates calciques et l'omniprésence du sphène ou du leucoxène associé aux paragénèses typomorphes permettent d'avancer une X CO2 = 0.04. Les deux paragenèses dominantes mises en évidence permettent d'établir deux sous zones dans la zone à albite-lawsonite déterminée par Saliot (1970) se répartissant de part et d'autre d'une ligne de direction relativement sécante par apport aux structures alpines. Ces divergences dans l'apparition des silicates typomorphes sont en liaison étroite avec les variations du paramètre P. Le bâti méridional ( région de Briançon) aurait subi une élévation faible de température (250 à 300°C) accompagnée d'une augmentation modérée de pression (P 2. 5 kb ) alors que le bâti septentrional ( région de Bissorte - Arc) aurait subi,pour une température équivalente, une augmentation plus brutale et plus homogène de la pression. En outre, les porphyres du Nord et le bâti sédimentaire montrent des déformations et des recristallisations plus poussées, ainsi qu'une schistosité plus marquée.