Micro-cartographie P-T-» dans les roches métamorphiques. Applications aux Alpes et à l'Himalaya

P-T-e micro-mapping in metamorphic rocks. Applications to the Alps and the Himalaya.

• Auteur / Autrice : Pierre Lanari
• Direction : Olivier Vidal, Stéphane Schwartz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance le 26/10/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de Géodynamique des Chaînes Alpines
• Jury : Président / Présidente : Peter Van der beek
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Wagner, Philippe Goncalves
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Martin Engi, Roland Oberhänsli

Mots clés

Mots clés libres

Thermodynamique

Micro-cartographie

Estimations P-T

Phylosillicates

Alpes occidentales

Himalaya

Thermodynamics

Micro-mapping

P-T estimates

Phylosillicates

Western Alps

Himalaya

Résumé

L'étude de la dynamique de la lithosphère, en particulier les processus de transports verticaux et horizontaux de matière, requiert de pouvoir reconstruire avec la plus grande précision l'évolution géodynamique des chaînes de montagne. C'est le rôle des trajets pression-température-temps-déformation (P-T-t-e) qui permettent, pour un fragment de roche, de reconstruire son histoire à partir de l'étude texturale et chimique des minéraux métamorphiques à l'équilibre. En effet, les roches métamorphiques présentent des mosaïques de paléo-équilibres thermodynamiques locaux entre des minéraux de paragénèses qui cristallisent à différentes conditions de pressions et de températures. Le problème abordé dans ce mémoire est celui de la reconstruction des trajets pression-température, en combinant l'utilisation d'approches thermobarométriques directes, comme les pseudosections calculées par minimisation d'énergie, et indirectes, comme la technique du multi-équilibre avec une vision en deux dimensions grâce à une approche micro-cartographique. Cependant, l'utilisation conjointe de techniques d'imagerie chimiques et d'estimations thermobarométriques requiert un grand nombre de calculs, et donc des logiciels conviviaux à la disposition de la communauté. Dans cette thèse, nous proposons des programmes pour la cartographie et les calculs thermodynamiques, puis un nouveau modèle de solution solide pour les chlorites et, enfin, des exemples d'applications dans les Alpes et en Himalaya. Nous avons développé un jeu de programmes écrits en Matlab, qui permettent (1) de traiter des images chimiques et de calculer des cartes pression-température : XMapTools, et (2) de chercher des équilibres thermodynamiques et de tracer des réactions chimiques : PT-lines, MultiPlot et Meamp. Un modèle de solution solide pour les chlorites a été proposé en ajoutant un pôle pur di-trioctahédriques. Ce modèle permet de calculer, par minimisation d'énergie, des pseudosections à basse température, ou encore de modéliser des interactions fluide-roche. Dans un deuxième temps, nous proposons d'appliquer les techniques de micro-cartographie et de thermobarométrie à des exemples naturels variés afin d'essayer d'apporter des contraintes supplémentaires pour reconstruire des modèles d'évolutions géodynamiques des chaînes de subduction-collision. Pour les Alpes, des trajets P-T-e et P-T-t ont été proposés pour des unités où jusqu'ici, faute de techniques disponibles, les estimations étaient basées uniquement sur la présence de minéraux index du métamorphisme. Ces nouvelles données ont permis de mettre en évidence un fort couplage entre l'exhumation du prisme océanique et l'écaillage crustal de la plaque continentale subduite. Pour l'Himalaya, nous avons montré qu'il est possible de reconstruire un trajet pression-température continu à partir d'images chimiques en utilisant notre nouvel outil : XMapTools.

The study of the lithosphere dynamics such as vertical and horizontal material transport processes requires the detailed reconstruction of the geodynamic evolution of the mountain belts. These geodynamic models are classically constrained using pressure-temperature-time-deformation (P-T-t-e) paths unravelled from textural and chemical study of metamorphic rocks fragments. Metamorphic rocks are made by mosaic of local thermodynamic equilibria involving minerals that grew at different temporal, pressure, and temperature conditions. The topic of this thesis is the reconstruction of pressure-temperature paths by combining direct techniques such as pseudosection computed by energy minimization and inverse techniques such as multi-equilibrium, in space, i.e. two-dimensions, using a micro-mapping approach. The use of chemical images and thermodynamic modelling requires user-friendly programs freely available for the community. In this thesis, we first propose a set of programs and a new solid solution model for chlorite and also two application examples are proposed in the Alps and the Himalaya. We propose a set of programs written in Matlab (1) for microprobe image processing and the computation of pressure temperature maps: XMapTools, (2) for multi-equilibrium calculations using different thermodynamic data and solid solution models: PT-lines, MultiPlot and Meamp. A new solid solution model for chlorite is presented including a di-trioctahedral chlorite end-member. This model can be used to calculate pseudosection phase diagrams and for fluid-rock interaction modelling. Thermodynamic modelling and micro-mapping techniques are used together to add new constraints to the geodynamic models of subduction-collision mountain belts. In the French Western Alps, P-T-e and P-T-t paths are recovered for some metamorphic units in which the available estimates were only based on the occurrence of index minerals. These new thermobarometric and radiometric data indicate a strong coupling between the exhumation of the oceanic accretionary wedge and the continental subducting plate. In The Himalaya, we studied a new eclogite occurrence and we propose a detailed and continuous P-T path calculated using our newly created program XMapTools.