CD - Relations magma-mush durant l'accrétion de la croûte océanique

CD - Magma-mush dynamics during oceanic crust accretion

• Auteur / Autrice : Cloé Falc'hun
• Direction : Lydéric France
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 10/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CRPG - Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques

Mots clés

Mots clés libres

Pétrologie magmatique

Géochimie

Modélisation thermodynamique

Magmatic petrology

Geochemistry

Thermodynamic modelling

Résumé

Près des 2/3 de la surface de la Terre sont couverts de croûte océanique formée au niveau des dorsales médio-océaniques où se concentrent plus de 70 % du flux magmatique total. Au cours des dernières décennies, il a été démontré que le système magmatique présent au niveau des dorsales à expansion rapide (FSR) et lente (SSR), et qui a longtemps été considéré comme un système essentiellement fondu (et donc mobilisable pour alimenter d'autres réservoirs et/ou des éruptions sur le fond de mer), est plutôt formé d'une bouille cristalline (le mush) : un ensemble magmatique avec une fraction cristalline élevée le rendant non-mobilisable. Ceci modifie finalement le régime thermique attendu, les modes de migration des magmas, et les processus magmatiques qui façonnent la croûte par différenciation, et la migration et mise en place des magmas. Plus précisément, les processus magmatiques de premier ordre qui gouvernent les modes de différenciation, et qui ont été considérés pendant des décennies comme étant régis par la cristallisation fractionnée (opérant dans des milieux pauvres en cristaux) sont maintenant réexaminés, et un processus de flux poreux réactif (FPR), encore peu contraint, est largement proposé[1-6]. Les objectifs de cette thèse seront 1/ d'apporter de nouvelles contraintes fortes sur l'évolution précoce de ces systèmes (y-a-il une phase initiale pauvre en cristaux lors de laquelle les magmas seraient mobiles, et la cristallisation fractionnée susceptible de se produire?), et 2/ d'apporter des contraintes quantitatives sur le processus de différenciation qui semble régir la différenciation de la croute: le flux poreux réactif. Le projet reposera sur une approche quantitative de pétrographie et de géochimie s'intéressant aux morphologies des phases minérales, aux textures des roches, et aux compositions des phases. Cette approche pétrologique de haute résolution permettra d'apporter de nouvelles contraintes sur le modus operandi du FPR en utilisant une approche in-situ inédite de cartographie chimique qui couplera éléments majeurs-mineurs [EPMA], et traces [LA-ICP-MS]. Cette approche utilisera des échantillons préalablement identifiés comme clés dans l'étude des FPR en domaine océanique (Oman, dorsale Est-Pacifique, dorsale SO Indienne, dorsale Atlantique). Dans une seconde partie du projet, une approche de modélisation thermodynamique (PerpleX) permettra d'avoir une vision plus détaillée des processus à l'œuvre lors des processus magmatiques associés au FPR. Les résultats de ce projet de thèse auront des implications en pétrologie magmatique au sens large puisque le même type de processus réactifs (FPR) semble gouverner la différenciation des magmas en général, dans la majorité des contextes géodynamiques[7-10]. Les résultats de cette thèse pourront donc servir de base pour des études futures spécifiques à d'autres contextes.

Nearly 2/3 of the Earth's surface is covered by oceanic crust formed at mid-ocean ridges where over 70% of the total magmatic budget is concentrated. Over the last few decades, it has been shown that the magmatic system present at both fast- (FSR) and slow-spreading ridges (SSR), which was long considered as an essentially molten system (and therefore mobilizable to feed other reservoirs and/or eruptions on the seafloor), is instead formed of a crystal-rich medium (the mush): a magmatic ensemble with a high crystalline fraction making it non-mobilizable. This ultimately influence the expected thermal regime, magma migration patterns, and magmatic processes that shape the crust through differentiation, and magma migration and emplacement. Specifically, the first order igneous processes that govern the modes of differentiation, and that have been considered for decades to be mainly fractional crystallization (operating in crystal-poor environments) are now being re-assessed in the light of a reactive porous flow (RPF) model which remains ill constrained[1-6]. The objectives of this PhD project will be 1/ to provide new constraints on the early evolution of these systems (is there an initial crystal-poor phase during which magmas would be mobile, and fractional crystallization likely to occur?), and 2/ to provide quantitative assessment on the differentiation process that seems to govern crustal differentiation: reactive porous flow. The project will rely on a quantitative petrographic and geochemical approach focusing on mineral phase morphologies, rock textures, and phase compositions. A high resolution petrological approach will provide new constraints on the RPF using in-situ chemical mapping, coupling major-minor elements [EPMA], and trace elements [LA-ICP-MS] data, allowing an unprecedented insight into the modus operandi of RPF. Samples previously identified as key in the study of RPFs in the oceanic domain (Oman, East-Pacific Rise, SW Indian Ridge, Mid-Atlantic Ridge) will be used for this purpose. In a second step, thermodynamic modeling (PerpleX) will provide a thorough evaluation of the identified processes, allowing an in-depth quantification of the fate of melt forming oceanic crust. We foresee that the results of this PhD project will have broader implications for the magmatic petrology community as reactive processes (RPFs) seems to govern magmatic systems in general[7-10], anchoring this project as strong foundations for future studies on magmatic plumbing systems.