Soutenance mémoire
Changements de composition chimique totale des roches
Les changements de composition totale des roches peuvent être observés à partir du comportement des éléments majeurs, mineurs et traces. Deux approches seront présentées afin d’étudier ces changements compositionnels : 1) le fractionnement de Rayleigh ; et 2) les calculs de bilan de masse. Le fractionnement de Rayleigh est applicable lorsque l’extérieur des cristaux est en équilibre chimique avec le liquide magmatique tandis que les calculs de bilan de masse sont applicables dans toutes les situations.
Définition d’éléments majeurs, mineurs et en traces
Un élément est considéré comme un élément majeur lorsqu’il occupe plus de 1% de la composition totale d’une roche. Les éléments majeurs, qui forment de 95 à 99% de la composition de la plupart des minéraux, sont donc des constituants essentiels à la formation de ceux-ci et donc des roches (Winter, 2010). Ceux-ci exercent un grand contrôle sur la minéralogie de la roche, les formes cristallines ainsi que la fusion au sein des systèmes magmatiques. Les éléments majeurs contrôlent également certaines propriétés telles que la viscosité et la densité des magmas ainsi que la diffusivité chimique (Winter, 2010).
Les éléments mineurs sont les éléments qui constituent entre 0,1 et 1% de la composition totale d’une roche. Ceux-ci remplacement généralement par substitution les éléments majeurs contenus dans un minéral, mais peuvent également être des constituants principaux des minéraux accessoires (Winter, 2010).
Les éléments en traces, qui sont des éléments dont les concentrations sont inférieures à 0,1%, forment des solutions solides diluées obéissant à la loi de Henry selon laquelle la valeur des coefficients d’activité est constante et indépendante de la concentration (Vidal, 1998). Selon (Ringwood, 1979), un élément trace contenu dans un minéral ne l’est pas forcément dans un autre minéral.
Bilan de masse
En géologie, un bilan de masse est le calcul qui permet de comparer la masse des produits initiaux (i.e. la somme des masses des cristaux et la matrice et des macrocristaux) et celle des produits finaux (i.e.la masse de l’échantillon totale). Le bilan de masse est utilisable pour tous les minéraux ainsi que pour tous les éléments qui les constituent. De plus, lorsqu’un bilan de masse est réalisé, aucune présomption n’est faite, ce qui rend donc la méthode assez représentative de la réalité .
Albarède (2001) suggère que l’analyse des bilans de masse permet de suivre les différentes étapes de la formation d’une roche ignée et de remonter au système magmatique originel qui par définition est constitué d’un ensemble de composants ou d’espèces (i.e. les éléments chimiques). Par exemple, le bilan de masse peut être utilisé afin d’obtenir la composition du liquide résiduel d’une roche (i.e. la matrice) en soustrayant la composition des phénocristaux de la composition roche totale .
Changement de chimie minérale : La zonation
Une zonation peut être observée dans un cristal lorsqu’il y a une variation de la concentration d’un élément majeur qui constitue le minéral en question. Ces variations de concentration sont pour la plupart du temps, continues. Il existe deux types de zonation qui conviennent à la définition commune du terme, soit la zonation normale et la zonation inverse (Bates et Jackson, 1987).
Une zonation normale est observée lorsque le cœur d’un cristal représente la composition du minéral à haute température tandis que la bordure représente la composition de ce minéral à basse température. Par exemple, un cristal de plagioclase peut être enrichi en Ca au cœur et en Na en bordure tandis que les cristaux de minéraux mafiques peuvent être plus riches en Mg au cœur qu’en bordure, et ce, inversement pour le Fe. Ce type de zonation est communément observable lors du processus de cristallisation fractionnée, et ce, uniquement pour les phénocristaux. Les différences observables entre la composition du cœur et de la bordure d’un cristal correspondent généralement aux changements de composition du liquide magmatique lorsque l’ordre de cristallisation des minéraux se conforme à la série de Bowen (Higgins, 2006).
En ce qui a trait à la zonation inverse, celle-ci est observable lorsqu’un antécristal ou un xénocristal est introduit dans un réservoir magmatique dont la composition du magma est différente de celle du magma ajouté (origine des antécristaux) ou de la roche assimilée (origine des xénocristaux). Ce type de zonation montre une composition inverse à celle qui est attendue lors d’une zonation normale (Bates et Jackson, 1987).
D’autres types de changements compositionnels entre le cœur et la bordure d’un cristal peuvent être observés sans tout de même s’apparenter à la définition commune du terme ‘‘zonation’’. Par exemple, une zonation apparente peut être observée lorsque la formation de surfaces de dissolution est suivie d’une surcroissance des cristaux. Ces surfaces de dissolution peuvent être observées lorsque la bordure d’un cristal se dissout suite à un déséquilibre chimique du liquide magmatique qui peut être provoqué par une nouvelle impulsion de magma ou le mélange d’un autre magma. Le cristal partiellement dissout peut ensuite servir de nucléus lors d’un refroidissement propice à la cristallisation et à la surcroissance du cristal en question . Dans d’autres cas, une zonation peut être apparente lorsqu’il y a une abondance d’inclusions dans une partie spécifique d’un cristal (Bates et Jackson, 1987).
|
Table des matières
Chapitre 1 : Introduction
1.1 Introduction
1.2 Problématique – La cristallisation fractionnée
1.3 Les mécanismes de séparation par gravité
1.4 La cristallisation sur les parois des réservoirs magmatiques
1.5 Les macrocristaux
1.6 Contrôle sur la cristallisation d’un magma
1.7 Changements de composition chimique totale des roches
1.7.1 Définition d’éléments majeurs, mineurs et en traces
1.7.2 Fractionnement de Rayleigh
1.7.3 Bilan de masse
1.8 Changement de chimie minérale : La zonation
1.9 Changements texturaux
1.9.1 Texture cinétique
1.9.2 Textures modifiées mécaniquement
1.9.3 Textures de murissement (ou d’équilibre)
1.10 Problématique et objectifs
Chapitre 2 : Géologie régionale
2.1 L’Islande
2.2 Le volcan Thingmúli
Chapitre 3 : Méthodologie
3.1 Méthode d’échantillonnage
3.2 Méthodes analytiques
3.2.1 Fluorescence X portative
3.2.2 XRF
3.2.3 LA-ICP-MS
3.2.4 Microsonde électronique
3.3 Méthode physique : étude texturale par CSD
Chapitre 4 : Pétrologie
4.1 Introduction
4.2 Basaltes avec peu de macrocristaux (inférieurs à vingt-cinq pour cent)
4.2.1 Macroscopie
4.2.2 Microscopie
4.3 Basaltes riches en Plagioclases (PUB et basaltes de plus de vingt-cinq pour cent de macrocristaux)
4.3.1 Macroscopie
4.3.2 Microscopie
4.4 Andésite basaltique
4.4.1 Macroscopie
4.4.2 Microscopie
4.5 Andésites
4.5.1 Macroscopie
4.5.2 Microscopie
4.6 Trachydacite
4.6.1 Macroscopie
4.6.2 Microscopie
4.7 Rhyolites
4.7.1 Macroscopie
4.7.2 Microscopie
Chapitre 5 : Géochimie.
5.1 Introduction
5.2 Roche totale (XRF)
5.2.1 Éléments majeurs
5.2.2 Éléments Traces
5.3 Plagioclases
5.3.1 Microsonde (Éléments majeurs)
5.3.2 LA-ICP-MS (Éléments traces)
5.4 Discussion
5.4.1 Roche totale
5.4.2 Plagioclases
5.4.3 Fractionnement des plagioclases avec Bilan de masse
Chapitre 6 : CSD
6.1 Introduction
6.2 Observation des CSD obtenues
6.2.1 CSD des basaltes
6.2.2 CSD des andésites
6.2.3 CSD des rhyolites
6.3 Compilation de données
6.4 Discussion
Chapitre 7 : Discussion et conclusion
Télécharger le rapport complet
