Interactions fluide-roche dans la lithosphère océanique en subduction : Une analyse pétrologique et structurale des ophiolites alpines couplée à une approche expérimentale des déformations.

Fluid-rock interactions in subducted oceanic lithosphere : Petrological and structural analysis of Alpine ophiolites and experimental approach to deformation and permeability.

• Auteur / Autrice : Kilian Lecacheur
• Direction : Olivier Fabbri, Henri Leclère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Structure et évolution de la terre
• Date : Soutenance le 13/12/2024
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire chrono-environnement (Besançon) - Laboratoire Chrono-environnement (UMR 6249) / LCE
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-2024)
• Jury : Président / Présidente : Marie Violay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samuel Angiboust, Francesca Piccoli, Pierre Lanari
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Clément Ganino, Yann Rolland

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alpes (ouest)

Subduction

Perméabilité

Interaction fluide-roche

Mots clés libres

Ophiolite

Perméabilités

Alpes

Fluid-Rock interaction

Ophiolite

Permeability

Subduction

Alpes

Résumé

Les fluides libérés par les réactions de déshydratation dans la plaque plongeante jouent un rôle crucial dans la dynamique des zones de subduction. Ils influencent directement la déformation des roches et favorisent la formation de séismes et de glissements lents asismiques. Ces fluides agissent aussi comme des solvants qui facilitent le transport d'éléments chimiques vers des zones de minéralisation ou qui contribuent à la fusion partielle du coin mantellique. Malgré des avancées en géophysique, les mécanismes de circulation de ces fluides restent encore mal compris.Cette thèse repose sur une approche pluridisciplinaire combinant analyses structurales, pétrologiques et expérimentales dans les complexes ophiolitiques fossiles du Mont Avic et du Monviso, pour mieux comprendre la localisation et le rôle des circulations de fluides. L'analyse structurale et pétrologique du Mont Avic a révélé une unité à structure chaotique composée de blocs de tailles variées inclus dans une matrice de serpentinite. Plusieurs de ces blocs montrent des traces d'interaction fluide-roche, avec un enrichissement en calcium, suggérant une intéraction fluide-roche formé en profondeur, proche du pic éclogitique.Pour comprendre les mécanismes de drainage qui favorisent ces interactions fluide-roche, une approche expérimentale a été menée sur des échantillons de métagabbros du complexe ophiolitique du Monviso. Les analyses ont montré que les métagabbros Fe-Ti et Al-Mg sont imperméables en conditions de haute pression et moyenne température. Les propriétés mécaniques déterminées indiquent que le métagabbro Fe-Ti se déforme par hydrofracturation en conditions supralithostatiques, tandis que le métagabbro Al-Mg se déforme principalement par cisaillement. Ces résultats éclairent le rôle des zones de cisaillement chaotiques dans le drainage des fluides et leur influence sur les processus de déformation en subduction.

The fluids produced by dehydration reactions in the subducting plate play a crucial role in deep subduction zone dynamics. They directly influence rock deformation and promote the formation of earthquakes and slow earthquakes. These fluids also act as solvents, helping to transport chemical elements to mineralization zones or contributing to the partial melting of the mantle wedge. Despite advances in geophysics, the circulation mechanisms of these fluids are still poorly understood.This thesis takes a multidisciplinary approach, combining structural, petrological, and experimental analyses in the fossil ophiolitic complexes of Mont Avic and Monviso to gain a better understanding of the distribution and role of fluid circulation. The structural and petrological analysis of Mont Avic highlighted a unit with a chaotic structure made up of blocks of various sizes embedded in a serpentinite matrix. Some of these blocks show fluid-rock interaction evidence, with calcium enrichment and partial dissolution of former eclogite mineral assemblages, suggesting fluid-rock interactions formed at depth, close to eclogitic peak metamorphic conditions.To better understand how fluids are drained to promote these fluid-rock interactions, an experimental approach was carried out on metagabbro samples from the Monviso ophiolitic complex. The results indicated the impermeability of Fe-Ti and Al-Mg metagabbros under high-pressure, medium-temperature conditions. The rheological properties calculated suggest that the Fe-Ti metagabbro deforms by hydrofracturing under supralithostatic conditions, while the Al-Mg metagabbro deforms mainly by shearing. These results shed light on the role of chaotic shear zones in fluid drainage and their influence on deformation processes in subduction.