Le comportement des éléments halogènes au cours du dégazage des magmas en relation avec leur chimie et le style éruptif

Halogen behaviour during magma degassing in relation with magma chemistry and eruptive style

• Auteur / Autrice : Hélène Balcone-Boissard
• Direction : Georges Boudon, Benoît Villemant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Halogènes

Éruptions volcaniques

Volcanisme

Mots clés libres

Dégazage volcanique

Résumé

Le dégazage des éléments volatils, en particulier H₂O, représente le moteur des éruptions volcaniques impliquantdes magmas différenciés. Les éléments halogènes, dont le comportement se définit par rapport à celui de H₂O, ont déjà été utilisés comme traceurs de l'évolution de la phase volatile. Cette thèse présente l'étude des processus de dégazage au travers de l'étude détaillée du comportement des éléments halogènes en fonction de la composition des magmas et du style éruptif. Elle se base sur la mise en œuvre d'une démarche précise, de l'échantillonnage jusqu'à l'acquisition des données couplant géochimie et texture, qui a été appliquée à l'échelle de plusieurs éruptions sur plusieurs volcans. L'acquisition de données fiables et précises sur les teneurs en éléments halogènes a nécessité d'une part la mise en place d'un protocole d'analyse des verres par microsonde électronique pour F et Cl et d'autre part une étape de développement analytique pour la mesure de Br et I par ICP-MS. Les résultats illustrent que les éléments halogènes ne sont pas toujours sensibles à l’exsolution de H₂O. En conditions pré-éruptives, nous avons montré qu'en domaine alcalin (liquides phonolitiques), Cl, et probablement Br et I, sont extraits du liquide magmatique une fois la saturation en H₂O atteinte. D'autre part, sous certaines conditions de température-pression-composition en Cl, Cl se révèle être un indicateur précis des conditions de saturation pré-éruptives. Lors d'une éruption, l'extraction des éléments halogènes au cours du dégazage syn-éruptif de H₂O dépend du style éruptif : les éruptions à mise en place de dôme démontrent une efficacité supérieure aux éruptions explosives, de type plinien ou vulcanien. Nous avons également montré que les rapports entre Cl, Br et I sont conservés quelque soit le processus éruptif, mais variables d'un système volcanique à l'autre ; F conservant un comportement incompatible et non volatil quelque soit la composition du magma et le style éruptif. Ainsi, la mesure de ces rapports dans les produits volcaniques est un indicateur de la composition en éléments halogènes des magmas profonds à l'origine des liquides différenciés en surface. Nous avons aussi illustré le rôle et l'importance des processus de diffusion. Dans le cas de F et Cl, l'importance de l'élément alcalin dominant, Na ou K, dans les liquides phonolitiques sur leur diffusivité a été démontré d'après les données expérimentales acquises. D'autre part, nous proposons que les différences de comportement observées pour Cl au cours des processus de dégazage ne soient pas seulement liées à des effets cinétiques mais également à une question de spéciation de Cl et H₂O.

Volatile degassing, in particular H₂O, embodies the driving-force of volcanic eruptions involving differentiated magmas. Halogens, whose behaviour is defined respect to H₂O, have already been used as tracers of the volatile phase evolution. This thesis presents the study of the degassing processes through the detailed investigations of halogen behaviours in relation with magma chemistry and eruptive style. This work is based on the development of a precised apprroach, from sampling to data acquisition, linking eruptive clast geochemistry and texture and applied to several eruptions from different volcanoes. The acquisition of reliable and precise halogen concentration data required thé setting up of an analytical procedure for F and Cl measurements by electronic microprobe and analytical development for Br and I measurements by ICP-MS. Results highlight that halogens are not always sensitive to H₂O exsolution. During pre-eruptive conditions, we demonstrate that, in alkaline domain (phonolitic melts) Cl, and probably Br and I, are effîciently extracted from magmatic melt. Moreover, under particular Temperature-Pressure-Cl composition conditions, Cl embodies a strong indicator of pre-eruptive saturation conditions. During one eruption, halogen extraction effîciency depends on eruptive style: lava-dome forming eruptions are more efficient at extracting halogens than explosive éruptions, plinian or vulcanian. We also show that halogen ratios between Cl, Br and I are preserved whatever the eruptive process, but variable within volcanic Systems; F always behaves as an incompatible and non-volatile element whatever the magma composition and the eruptive style. Thus halogen ratios determined in eruptive clasts constitute an indicator of the halogen composition of deep magma from which differentiated melts originate. We also illustrate the importance of diffusive processes: for F and Cl, the role of the dominant alkaline element, Na or K, on their diffosivities in phonolitic melts is clearly demonstrated by the experimental data acquired. In addition, we propose that the différences in Cl behaviour during degassing processes may not only be explained by kinetic effects but also due to Cl and H₂O speciation.