Contrôles thermodynamiques et cinétiques des états d'oxydation du fer dans les liquides silicatés magmatiques : expérimentation, modélisation, applications et simulations

Thermodynamic and kinetic controls of iron redox state in magmatic silicate melts : experimentation, modelisation, applications and simulations

• Auteur / Autrice : Fabrice Gaillard
• Direction : Michel Pichavant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre. Matériaux, minéraux
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Orléans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicates

Cinétique chimique

Hydrogène

Fer

Thermodynamique

Magmatisme

Résumé

Les magmas terrestres présentent un large spectre de condition redox qui reflète de nombreux processus prenant place depuis la genèse jusque la solidification de ces magmas. Les états d'oxydation du fer dans les magmas sont utilisés comme témoins de ces conditions redox usuellement reliées à la fugacité d'oxygène (fO2). Pour améliorer l'interprétation des signatures redox des magmas, nous avons développé des aspects théoriques et expérimentaux appliqués au comportement du fer dans les liquides silicatés : 1- Modélisation des équilibres redox dans les liquides silicatés : - Analyse de la base de données bibliographique - Etude expérimentale et extension de la base de données vers des systèmes hydratés et oxydés - Modélisation des propriétés thermodynamiques du fer ferreux et ferrique. En retombés pratiques, le modèle thermodynamique que nous proposons peut être utilisé directement à partir d'assemblages naturels verre-magnétite comme géothermomètre ou géobaromètre à oxygène. Aussi, les équilibres Fe 3+ /Fe 2+ peuvent être calculer pour une large gamme de compositions et de conditions. Des applications mettant en évidence la précision de la méthode sont exposées. 2- Cinétiques d'oxydation-reduction du fer dans les liquides silicatés hydratés :- Etudes expérimentales - Modélisation. Différents mécanismes redox sont mises en évidence. Il en ressort que la mobilité d'espèces volatiles telles que H2 ne semble pas un facteur pouvant exercer un contrôle significatif sur l'évolution redox d'un magma transitant dans la croûte. Des équilibres redox internes tels que les équilibres magnétite-liquide semblent être les facteurs prédominants. En revanche, nous démontrons que la percolation d'un basalte hydraté dans une péridotite conduit à une oxydation significative du magma pouvant expliquer le caractère oxydé des magmas d'arc.