Cycle géodynamique du soufre : le rôle des sédiments subduits

Geodynamic cycling of sulphur : the role of subducted sediments

• Auteur / Autrice : Anne-Aziliz Pelleter
• Direction : Bruno Scaillet, Gaëlle Prouteau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 27/06/2017
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la terre d'Orléans (2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Pichavant
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Scaillet, Gaëlle Prouteau, Michel Pichavant, Max Werner Schmidt, Jacqueline Vander Auwera, Ivan Vlastélic
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Max Werner Schmidt, Jacqueline Vander Auwera

Mots clés

Mots clés contrôlés

Petites Antilles

Basalte

Sédiments (géologie)

Teneur en soufre

Cycle du soufre

Subduction

Mots clés libres

Subduction

Éléments volatils

Soufre

Sédiments

Fusion partielle hydratée

Partage des éléments en traces

Petites Antilles

Grenade

Xénolites mantelliques

Métasomatose

Subduction

Volatile elements

Sulphur

Sediments

Hydrous partial melting

Trace-element partitioning

Lesser Antilles

Grenada

Mantle xenoliths

Metasomatism

Résumé

Dans l’objectif d’évaluer le devenir de sédiments subduits variablement enrichis en soufre dans des conditions P-T (pression – température) correspondant au toit de la plaque sous un arc volcanique, des expériences de fusion et de cristallisation ont été réalisées en conditions hydratées en presse piston-cylindre(3 GPa ; 650 – 1000°C ; ƒO2 ~ NNO) sur des sédiments naturels (pélite et marne), non dopés en éléments en traces et variablement enrichis en soufre (0, 1 et 2 wt% Sin). Lors de la fusion du sédiment pélitique, des liquides trondhjémitiques à granitiques sont produits en équilibre avec un résidu composé de grenat +disthène ± phengite ± quartz + rutile. Lors de la fusion du sédiment marneux, des liquides granodioritiques sont produits en équilibre avec un résidu constitué de grenat ± épidote ± clinopyroxène ± disthène ± quartz +rutile. L’ajout de soufre dans le système pour une ƒO2 ~ NNO conduit à une précipitation de sulfures. La quantité de fer (Fe2+) disponible dans le système diminue fortement (augmentation du Mg#) et impactegrandement les relations de phases : le grenat, l’épidote et la phengite sont déstabilisées au profit des pyroxènes, de la biotite ou encore de l’amphibole. La distribution des éléments en traces dans le liquide silicaté par rapport au sédiment de départ est également très affectée pour les systèmes dopés en soufre(ex : fractionnement des terres rares). Nous proposons, à partir des données obtenues dans des xénolites mantelliques (Grenade, Petites Antilles) et lors de modélisations géochimiques, que la contribution dans lecoin mantellique de 1 à 3 % de liquides trondhjémitiques/granitiques issus de la fusion de sédiments pélitiques modérément enrichis en soufre (≤ 1 wt% Sin) peut expliquer la variabilité de composition des basaltes du sud de l’arc des Petites Antilles (Grenade et Grenadines).

The main issue of this study is to constrain the fate of subducted sediments variably enriched in sulphur for P-T (pressure – temperature) relevant for the slab at sub-arc depth. Using piston-cylinder apparatus, we performed melting and crystallisation experiments (3 GPa; 650 – 1000°C; ƒO2 ~ NNO) on natural, trace elementundoped and volatile-rich sediments (pelite and marlstone). Experiments were conducted with variable water (5 to 10 wt% H2Oin) and sulphur (0, 1 and 2 wt% Sin) contents. Silicate melts produced by the fluid-present melting of pelite range from trondhjemitic to granitic compositions, are broadly peraluminous and coexist with garnet + kyanite ± phengite ± quartz + rutile. Those produced by the fluid-present melting of marlstone are sodic (granodioritic composition), metaluminous to slightly peraluminous and coexist with garnet ± epidote ± clinopyroxene ± kyanite ± quartz + rutile. Sulphur addition at ƒO2 ~ NNO leads to sulphide precipitation. Thus, iron (Fe2+) contents decrease (Mg# increase) in the system and this strongly impacts phase relationships: garnet, epidote and phengite are consumed in favour of pyroxens, biotite and amphibole. Trace-element distribution between silicate melt and starting bulk for S-doped systems is largely impacted (e.g. rare earth elements fractionation). On the basis of data obtained in mantle xenoliths(Grenada, Lesser Antilles) and from geochemical modelisations, we are suggesting that a contribution in the mantle wedge of 1 to 3 % of trondhjemitic/granitic melts derived from pelitic sediments (≤ 1 wt% Sin) mayaccount for the composition of basalts in the southern part of Lesser Antilles (Grenada and Grenadines).