Dynamique d'emplacement et post-emplacément des réservoirs magmatiques

Emplacement and Post-Emplacement Dynamics of Magma Reservoirs

• Auteur / Autrice : Alberto M. Roman
• Direction : Claude Jaupart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences, Terre, Environnement
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Volcans

Dykes

Intrusions (géologie)

Croûte continentale

Roches ignées

Magmatisme

Résumé

La composition évoluée de la croûte continentale suggère qu'une partie mafique a été perdue au cours du temps géologique. Cependant, certaines intrusions mafiques et ultramafiques, telles que le complexe du Bushveld, Afrique du Sud, et le Great Dyke, Zimbabwe, ont été conservés dans la croûte pendant des milliards d'années. La question est alors de savoir comment les cumulats mafiques sont perdus et, plus précisément, quelle est l'évolution à long terme d'un réservoir de magma y compris éventuellement les processus de post-emplacement et post-cristallisation. Ce travail vise à ce question avec l'approche suivante. Dans un premier temps, nous effectuons des expériences de laboratoire avec des fluides visqueux pour enquêter sur l'instabilité associée à une inversion de flottabilité et d'individuer des lois d'échelle simples régissant les différents régimes dynamiques. Nombreuses intrusions mafiques préservent structures d'écoulement prouvant qu'elles ont été affectées par des instabilités gravitationelles compatibles avec les régimes observés au laboratoire. Dans une deuxième partie, nous étudions les conditions physiques dans lesquelles les intrusions mafiques deviennent instables à l'aide des simulations numériques qui reproduisent les écoulements dans croûte terrestre. La conclusion la plus importante est que le paramètre principal contrôlant l'instabilité est la profondeur d'emplacement. Donc, le collapse gravitationnel des parties mafiques dans la croûte est un processus très commun dans les régions volcaniques. Ce mécanisme devrait faire la lumière sur les processus qui régissent la formation de la croûte terrestre.

The evolved bulk composition of the continental crust suggests that a large mafic portion has been lost during the geological time. However, mafic and ultramafic bodies, such as the Bushveld complex, South Africa, and the Great Dyke Zimbabwe, have been preserved in the crust for billions of years. The implied question, then, is how mafic cumulates are lost and, more specifically, what is the long-term evolution of a magma reservoir, possibly including post-emplacement and post-crystallization processes. This work aims at this question with the following approach. First , we perform laboratory experiments with viscous fluids to investigate the instability associated to a buoyancy reversai and derive simple scaling laws governing the different dynamical regimes. Many mafic intrusions preserve flow structures, proving that they were affected by gravitational instabilities consistent with the regimes observed in the laboratory. In a second part, we investigate the physical conditions under which mafic intrusions become unstable using extensive numerical simulations which reproduce crustal flows. The mort important finding is that the main control on the instability is the emplacement depth. The results of this work thus suggests that many of the mafic intrusions we obsei:ve4today at the outcrop are the vestiges of much larger systems that became unstable. Consequently foundering and sinking of mafic cumulates through the crust may be a very common process in volcanic regions. This mechanism should shed light on the processes governing the formation and differentiation of the Barth crust.