Comportement des halogènes (Cl, F) dans les liquides silicatés : approcheexpérimentale et modélisation thermodynamique : application au dégazage magmatique

Halogen behavior (Cl, F) in silicate melts: experimental approach and thermodynamic modeling: application to magma degassing

• Auteur / Autrice : Morgane Rondet
• Direction : Bruno Scaillet, Michel Pichavant
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance en 2020
• 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 : Hélène Bureau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Scaillet, Michel Pichavant, Olivier Bachmann, Alessandro Aiuppa, François Holtz
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : François Holtz, Hélène Bureau

Mots clés

Mots clés libres

Halogènes (Cl.F)

Fugacité

Partage

Apatite

Liquide silicaté

Fluides

Halogens (Cl. F)

Fugacity

Partitioning

Apatite

Melt

Fluids

Résumé

Dans l’atmosphère, les halogènes (F,Cl) sont souvent à l’état de traces, mais ils sont relativement abondants dans les gaz volcaniques. Il a été montré que les halogènes étaient de bons signaux précurseurs des crises volcaniques, mais leur comportement complexe diffère de ceux des autres volatils lors de la remontée du magma. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié l’équilibre du Cl et du F dans un système triphasé apatite-verre-fluide via des expériences en autoclave à chauffage interne, effectuées de 50 à 200 MPa, de 800 à 1100 ° C, avec une fO2 comprise entre NNO-1 et NNO+2 et un fluide de départ plus ou moins complexe à teneurs variables en Cl et/ ou F. L’analyse des produits (SEM, EPMA et Raman) montre que le partage des halogènes est influencé à la fois par la pression, la température, et la teneur en halogènes de la phase fluide initiale. Ces résultats permettent de proposer plusieurs modèles de solubilités du Cl et du F pour les différents types de magmas étudiés (rhyodacite, phonolite et basanite), grâce aux fugacités d’HCl et d’HF calculées à partir de l’équation de Piccoli et Candela (1994). Les données d’apatites naturelles issues de différents magmas (rhyolite-phonolite-basanite) ont été utilisées pour déterminer la teneur en Cl des verres résiduels. Les teneurs en Cl calculées sont souvent proches des valeurs mesurées, indiquant que dans la majorité des cas l’apatite est à l’équilibre avec le liquide résiduel dans les conditions de stockage du magma. Les données obtenues permettront de modéliser le dégazage des magmas pendant leur ascension dans le système C-O-H-S-Cl-F.

In the atmosphere, halogens (F, Cl) are often in trace amounts, but they are relatively abundant in volcanic gases. Halogens have been described as good warning signals of volcanic crises, but their complex behavior differs from that of other volatiles as magma rises. In this thesis work, we studied the partitioning of Cl and F in a three-phase apatite-glass-fluid system via internally heated autoclave experiments performed at 50-200 MPa, 800-1100 °C, with an fO2 between NNO-1 and NNO+2 and F and Cl rich starting fluid. The analysis of run products (SEM, EPMA and Raman) shows that the halogen partitioning is influenced by pressure, temperature and the halogen content of the initial fluid phase. We propose several models of Cl and F solubility for the different types of studied magmas (rhyodacite, phonolite and basanite), based on the HCl and HF fugacity as calculated from the equation of Piccoli and Candela (1994). Natural apatite data from different eruptions (rhyolite-phonolite-basanite) were used to determine the Cl content of the residual glasses. The calculated Cl contents are often close to measured values, indicating that in the majority of cases the apatite is in equilibrium with the residual liquid under the magma storage conditions. These results will allow to model the degassing of magmas during their ascent in the C-O-H-S-Cl-F system.