Enregistrement minéralogique et géochimique du transfert de fluides dans la croûte profonde

Minerological and geochemical record of fluid transport in the deep crust

• Auteur / Autrice : Manon Amiot
• Direction : Philippe Goncalves
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Structure et évolution de la terre
• Date : Inscription en doctorat le 05/10/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chrono-Environnement
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)

Mots clés

Mots clés libres

Interactions fluide-roche

Déformation

Modélisation thermodynamique

Fluid-rock interactions

Deformation

Thermodynamic modelling

Résumé

De nombreuses évidences géologiques et géophysiques montrent que, malgré la très faible perméabilité des roches de la croûte profonde (> 10-15 km), d'importantes quantités de fluide riche en H2O et/ou CO2 sont produits lors du métamorphisme et transportés sur des échelles spatiales très variables (du micromètre au kilomètre). La présence de fluide dans la croûte profonde joue un rôle fondamental sur la rhéologie, l'activité sismique profonde et les cycles géochimiques globaux, incluant la formation de gisement métalliques d'intérêts économiques. Malgré ces constats, les mécanismes de transfert de fluide dans la croûte profonde et leur quantité restent encore mal compris, à l'inverse de la croûte plus superficielle où le transport en milieu poreux est très bien décrit par la loi de Darcy depuis le XIXème siècle. Un mécanisme original de transfert de fluide par onde de porosité à était développé par Connolly (1997) et des solutions mathématiques et numériques ont récemment été proposées (Connolly & Podladchikov, 2013). Toutefois, ce mécanisme de transfert n'en est qu'à l'état de concept est nécessite une démonstration par des observations et quantifications sur des objets géologiques naturels. La propagation d'une onde de porosité et des fluides, va s'accompagner de transformations minéralogiques, géochimiques, isotopiques et pétrophysiques de la roche hôte. Cet enregistrement géologique de propagation d'onde pourrait correspondre aux fronts métasomatiques. Au cours de ce projet, nous visons à caractériser pétrologiquement, géochimiquement et expérimentalement les changements induits par la propagation d'un front métasomatique, quantifier les flux de fluides dans la croûte profonde et mieux cerner le rôle des réactions dans la genèse des ondes de porosité.

Geological and geophysical observations show that, despite the low permeability of the deep crust (> 10-15 km), large amounts of H2O- and/or CO2-rich fluids are produced during metamorphism and transferred on a scale varying from micrometer to kilometer. The presence of fluid in the deep crust plays a fundamental role on rheology, seismic activity, global geochemical cycles allowing the concentration of critical metals in ore deposits. Despite these facts and the recent efforts in the scientific community, it remains highly challenging to recognize the mechanism of fluid transfer, quantify fluid fluxes in natural metamorphic rocks and to model fluid pathways within the crust. Theoretical physical and numerical models have been developed over the past 20 years and tend to show porosity waves as a possible mechanism for fluid transport in the deep crust (e.g. Connolly, 1997; Connolly and Podladchikov, 2007). However, the existence of porosity waves in the deep crust remains conceptual as long as natural observations do not fully validate this concept. The propagation of porosity waves and fluids is associated with mineralogical, geochemical, isotopic and petrophysical transformation in the host rock. This geological record could correspond to the well know metasomatic fronts. The aim of this project is to characterize petrologically, geochemically and experimentally the changes induced by the propagation of a metasomatic front, quantify fluid fluxes and better understand the role of metamorphic reactions in the genesis and propagation of porosity waves.