Évolution spatio-temporelle de l'hydrothermalisme dans la plaque supérieure de l'arc des Petites Antilles en Guadeloupe : applications aux systèmes géothermaux

Spatio-temporal evolution of hydrothermalism in the upper plate of the Lesser Antilles arc in Guadeloupe. : Applications to geothermal systems

• Auteur / Autrice : Alexiane Favier
• Direction : Jean-Frédéric Lebrun, Jean-Marc Lardeaux, Chrystèle Verati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance le 30/10/2019
• Etablissement(s) : Antilles
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Milieu insulaire tropical à risques : protection, valorisation , santé et développement (Pointe-à-Pitre)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Montpellier) - Géosciences (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Münch
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Frédéric Lebrun, Jean-Marc Lardeaux, Chrystèle Verati, Philippe Münch, Béatrice Ledésert, Patrick Ledru, Mélody Philippon, Philippe Rocher, Michel Corsini, Céline Dessert, Simon Viard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Béatrice Ledésert, Patrick Ledru

Mots clés

Mots clés contrôlés

Guadeloupe

Énergie -- Développement

Petites Antilles

Géothermie

Mots clés libres

Métamorphisme de bas degré

Schistosité de pression-dissolution

Géothermie de haute énergie

Méthodes 40Ar/39Ar et K-Ar

Arc des Petites Antilles

GEOTREF

Low-grade metamorphism

Pressure-solution schistosity

High-temperature geothermal energy

40Ar-39Ar and K-Ar dating

Lesser Antilles arc

GEOTREF

Résumé

Pour poursuivre le développement de la géothermie de haute-enthalpie dans l’arc insulaire des Petites Antilles il faut d’une part identifier de nouvelles zones potentielles et d’autre part mieux comprendre le fonctionnement des réservoirs géothermaux. Dans ce cadre, l’objectif de cette thèse est de caractériser l’évolution spatio-temporelle de l’hydrothermalisme au niveau de la plaque supérieure de l’arc en Guadeloupe au travers d’une analyse pluridisciplinaire (études structurales, géochimiques, minéralogiques, pétrologiques et géochronologiques) des complexes volcaniques les plus anciens de l’archipel. Au Nord de la Basse-Terre nous identifions un métamorphisme d’arc de type sub-Schistes Verts. L’état thermique standard de la croûte d’arc en Guadeloupe ainsi établit indique une transition fragile-ductile située à 3-4 km de profondeur. Un paléo-réservoir exhumé, identifié au Sud de l’île de la Basse-Terre, illustre un métamorphisme hydrothermal de type Schistes-Verts synchrone du développement de couloirs de schistosité et révèle la présence d’horizons verticaux et latéraux de transfert de fluides hydrothermaux situés à 2-3 km de profondeur. En comparant l’âge du volcanisme et la datation Ar-Ar des phases hydrothermales de haute-température, nous estimons une durée maximale de fonctionnement du paléo-réservoir à 650 ka. Enfin, la découverte, l’analyse et la datation K-Ar d’une nouvelle brèche hydrothermale, au coeur du système géothermal actif, met en évidence un système épithermal distal relié à l’activité volcanique de la Soufrière. Nos résultats conduisent à un modèle conceptuel de fonctionnement d’un réservoir géothermal de haute-énergie en contexte d’arc actif.

To further develop high-enthalpy geothermal energy in Lesser Antilles arc, it is necessary to identify possible new key targets, and to better understand the modes of fluids and heat transfers in geothermal reservoirs. The objective of this work is thus to characterize the spatio-temporal evolution of hydrothermalism at the upper plate of the arc in Guadeloupe with a multidisciplinary approach (combined structural, geochemical, mineralogical, petrological and geochronological analyses) focussed on the oldest volcanic complexes of the archipelago. In the north of Basse-Terre Island reveals an arc metamorphism developed under sub-Greenschist facies. The standard thermal state of the arc crust in Guadeloupe thus established shows a brittle-ductile transition located at depths of 3 to 4 km. An exhumed geothermal paleo-reservoir, identified at the south of Basse-Terre Island, indicates a hydrothermal metamorphism developed under Greenschist facies synchronous with the development of schistose corridors and attests for both vertical and lateral hydrothermal fluid transfers at depths between 2 and 3 km. Comparison of the age of the volcanic activity and Ar-Ar dating of the high-temperature hydrothermal phases allows us to estimate a maximum operating time of the paleo-reservoir at 650 ka. Finally, the discovery, the analysis and the K-Ar dating of a new hydrothermal breccia, within the active geothermal system, reveals a link between current geothermal activity and volcanic activity of the Soufrière, interpreted as a distal epithermal system. Our results lead to a conceptual model for the operation of a high-energy geothermal reservoir in the context of an active arc.