Equipe de Pétrologie Experimentale :
- Elasticity of K-Hollandite and subducting continental crust at high Pressure and temperature
Supervisor: Geeth Manthilake- LMV (g.manthilake@uca.fr)
KAlSi3O8-feldspar is a stable phase in both subducting continental crust and mid oceanic ridge basalt compositions. In the down-going slab, K-Feldspar transforms to high-pressure polymorph KAlSi3O8-hollandite (K-hollandite) at pressures greater than 9 GP. Phase equilibria studies indicate that an average continental crust composed of a mixture of hollandite (32 vol. %), stishovite (24 vol.%), majorite (30 vol. %) garnet with minor calcium alumino-silicate (CAS) phases.
The unique channel structure formed by the double chains of edge-sharing (Si,Al)O6 octahedra in hollandite could accommodate larger ion lithopile (LIL) elements such as K, Ba, La, Pb, Sr, and Na. 40K is one of the major heat producing radioactive elements in the mantle and K-hollandite considered a possible repository of potassium and water in the Earth’s lower mantle. The high-pressure elasticity of K-hollandite and the subducting continental crust composition is therefore crucial to constrain the dynamics and chemical evolution of subducting slabs in the Earth’s mantle transition zone and the lower mantle.
This project aims at understanding the seismic wave velocity of K-Hollandite and subducting continental crust compositions at P-T conditions prevailing at Earth’s 660-km discontinuity. We will investigate if the negative seismic anomaly at the mantle transition zone- lower mantle interface is caused by stagnating subducting continental crust materials.
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- Pétrologie expérimentales et implications géochimiques.
Responsable : Tahar Hammouda (tahar.hammouda@uca.fr)
Le but de ce projet est de coupler l’expérimentation avec les méthodes d’analyse modernes afin d’étudier le comportement des éléments soumis à diverses conditions de pression et de température. Selon les intérêts manifestés, différents types de questions scientifiques pourront être abordées.
Méthodes utilisées: Expérimentation haute pression / haute température et technique de caractérisation pour les éléments majeurs ou en traces.
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- Le comportement des Volatils (C, H, N et S) durant les impacts lors de la formation des planètes
Responsables : Julien Monteux (julien.monteux@uca.fr) & Ali Bouhifd (mohamed_ali.bouhifd@uca.fr)
Dans ce projet nous proposons d’étudier l’évolution de la composition chimique du manteau terrestre lors d’un impact avec un planétésimal : tous les modèles s’accordent à dire que la Lune est le résultat d’un impact géant entre la proto-Terre et un objet de la taille de Mars. De plus, les modèles dynamiques d’accrétion montrent que les impacts impliquant des planétésimaux avec des rayons supérieurs à 100 km étaient fréquents lors des 100 premiers millions d’années de l’évolution du Système Solaire. Ce projet offre donc une possibilité unique d’étudier les propriétés physico-chimiques de la Terre primitive pendant et juste après un impact avec un planétésimal ou une autre proto-planète, en se focalisant tout particulièrement sur le comportement des éléments volatils (C, H, N et S) avec pour but majeur de déterminer les rapports chimiques C/H, C/N et C/S dans le manteau primitif. Les simulations numériques se feront en utilisant un code de calcul (hydrocode iSALE) (Si une connaissance approfondie en programmation informatique n’est pas requise pour démarrer ce projet, le/la candidat(e) devra cependant montrer un intérêt pour la modélisation numérique).
Récemment, nous avons attribué l’appauvrissement de l’azote dans le manteau terrestre à sa séquestration dans le noyau (Roskosz et al., 2013). Il serait donc intéressant de pourvoir discuter des rapports C/H, N/H, ou C/N à la lumière de ce nouveau projet. Par exemple, le rapport (H/C)BSE de la Terre silicatée serait de 0.99±0.42 bien supérieure à celui des chondrites (au maximum les chondrites ont un rapport de 0.55). Cette différence peut être la conséquence d’une séquestration plus importante du C dans le noyau en comparaison à celle de l’hydrogène, ou bien à un dégazage préférentiel du CO2 par rapport à H2O lors de l’impact géant qui a formé la lune. Les modélisations que nous proposons dans ce projet vont nous permettre de discuter quantitativement les différents modèles et de proposer/renforcer le ou les modèles cohérents et qui sont en accord avec les expériences et les données géochimiques.
Monteux J. and Arkani-Hamed J. (2017) Shock wave propagation in layered planetary interiors: Revisited. Icarus (Under Review).
Roskosz M., Bouhifd M.A., Jephcoat A.P., Marty B. and Mysen B.O. (2013) Nitrogen solubility in molten metal and silicate at high pressure and temperature. Geochim. Cosmochim. Acta 121, 15-28.
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- Les magmas parentaux du volcanisme régional récent (Chaîne des Puys, Bas-Vivarais) : compositions et conditions pré-éruptives »
Responsables : Didier LAPORTE (didier.laporte@uca.fr), Mickaël LAUMONIER (mickael.laumonier@uca.fr) et Nicolas CLUZEL (nicolas.cluzel@uca.fr)
Il existe de nombreux exemples dans le Massif Central Français de magmas basiques montant directement depuis un réservoir profond jusqu’à la surface sans subir de différenciation dans un réservoir intermédiaire. Ils se caractérisent par des compositions peu ou pas différenciées et par la présence fréquente (mais pas systématique) d’enclaves de péridotite mantellique. On peut citer les Puys de La Vache-Lassolas ou de Beaunit dans la Chaîne des Puys (trachybasaltes), le volcan de Montcineyre ou les volcans d’Ardèche (basanites). Ces magmas basiques ont des vitesses d’ascension qui peuvent atteindre 0.1 à 1 m/s, ce qui ne laisse potentiellement que quelques heures à quelques jours pour détecter d’éventuels signaux précurseurs de l’éruption.
L’objectif du stage de recherche sera de caractériser l’état initial des magmas parentaux du volcanisme régional récent, juste avant les éruptions qui les ont transportés à la surface : composition chimique (éléments majeurs, traces, éléments volatils), pression et température de stockage. Les cibles prioritaires seront le volcan de Montcineyre et la province volcanique du Bas-Vivarais (Ardèche). Trois groupes de travaux sont envisagés :
L’analyse chimique des inclusions vitreuses dans les phénocristaux d’olivine des basanites d’Ardèche et la comparaison avec les données de la littérature.
La caractérisation des assemblages minéralogiques profonds dans les magmas basiques peu ou pas différenciés de la Chaîne des Puys et du Bas-Vivarais : compositions des phénocristaux d’olivine et de clinopyroxène, ordre de cristallisation, thermobarométrie, zonations chimiques, microtextures de croissance ou de dissolution, etc.
La réalisation d’expériences d’équilibre de phases sur une ou deux compositions représentatives pour caractériser les phases liquidus et les compositions des phases en fonction de la pression et de la température.
Méthodes, outils : pétrologie magmatique (étude des inclusions vitreuses), magmatologie expérimentale (autoclave à chauffage interne, piston-cylindre), microscopie électronique à balayage, microsonde électronique, spectrométrie Raman.
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- Fractionnement des isotopes stables du fer lors de la déshydratation de la serpentine
Responsables : Nathalie Bolfan-Casanova (N.Bolfan@opgc.univ-bpclermont.fr), Muriel Laubier, Mouhcine Gannoun, Chantal Bosq
De récentes études montrent que la composition isotopique du fer des basaltes des rides médio-océaniques (MORB), mais aussi celle des basaltes de îles océaniques (OIB), est plus lourde que celle des péridotites dont ils sont censés être issus pas fusion partielle dans le manteau (c’est-à-dire que le fer est enrichi en isotope le plus lourd : le 57Fe). Les magmas d’arc sont eux caractérisés par des compositions plus légères que celle des MORB. Ceci est contre-intuitif car la théorie prévoit que l’isotope le plus lourd suive la phase la plus oxydée. Comme la source des magmas d’arc est plus oxydée que celle des MORB on s’attendrait à ce que les magmas d’arc soient enrichis en 57Fe.
Nous proposons ici une étude qui peut se décliner en deux aspects :
Une partie expérimentale où l’antigorite naturelle sera déshydratée à ~2 GPa et ~750 °C dans la presse multi-enclumes (voir Maurice, 2017).
Un aspect analytique où les échantillons naturels et expérimentaux seront analysés, en solution, avec le spectromètre de masse (MC-ICP-MS Neptune).
Ces expériences permettront de caractériser comment les isotopes du fer réagissent à la déshydratation du slab. Cette étape est cruciale afin de pouvoir utiliser les isotopes stables du fer comme traceurs de processus se produisant dans le manteau. Les résultats seront comparés à l’étude effectuée sur les antigorites alpines (Debret et al., 2016).
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- Kinetic behavior of sulfur in the Earth’s mantle and magmas.
Responsable : Ken Koga (Ken.Koga@uca.fr)
Sulfur compounds are the third most abundant oxide compound found in the volcanic gas, after hydrogen and carbon. Given its relatively high abundance in magmatic environment (up to thousands of ppm by weight in magma) compared to that of in the air (typically 1 to 10 ppb by volume), sulfur compound is thought to be good tracer of magmatic high-temperature degassing process. Naturally, there have been extensive number of research that describes the chemical reactions and thermodynamics of the sulfur in magma and high temperature gases.
In this research project, kinetic responses of sulfur compounds in magma and gas are investigated using a 1-atm furnace. Because magma ascent and degassing process are highly disequilibrium process, it is critical to identify processes that hinder an attainment of equlibrium. It would require detailed laboratory investigation simulating the degassing process, to understand the rates and mechanisms of sulfur exchange in such dynamic environment.
In this internship, the candidate is expected to explore parameters that impose dynamic chemical reactions, for example cooling rate and surrounding chemical environment. As the instrument is a part of on-going development, the project is suitable to those who would are interested in the challenges of instrument developments. Familiarity with device control scripts would be very much appreciated. Solid comprehension of diffusion and kinetic processes is needed to complete the project successfully, as the reduction of petrological data obtained dynamic environment require mathematical modeling based on such processes. Familiarity with scripting language (for example, Matlab, Python, R) is strongly desired.
Méthodes utilisés: 1-atm furnace, electron microprobe, SEM, LA-ICPMS
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- Vitesse d’ascension des basaltes de dorsales
Responsables :Yves Moussallam (yves.moussallam@uca.fr), Estelle Rose-Koga (estelle.koga@uca.fr), Nicolas Cluzel (nicolas.cluzel@uca.fr), Ken Koga (ken.koga@uca.fr)
Alors que les vitesses d’ascension des magmas pour les volcans terrestres sont de mieux en mieux contraintes, les estimations pour les volcans sous-marins sont encore limitées. La vitesse d’ascension des MORBs (Mid-Ocean Ridge Basalts) est d’un intérêt particulier car ces magmas, pauvres en éléments volatils, contrastent fortement avec les magmas d’arc. Leur vitesse d’ascension est-elle pour autant plus faible ? D’un côté, la détection géophysique de chambres magmatiques axiales et de « zones de mush » sous-jacentes suggèrent une ascension lente du magma via un écoulement poreux et une stagnation dans la chambre magmatique. D’un autre côté, la majorité des verres de lave de MORBs sont aphyriques, et il est démontré que les coussins de lave basaltique ont une affinité géochimique marquée avec les sections inférieures de gabbros, suggérant donc que ces basaltes remontent rapidement de la base de la croûte océanique jusqu’aux fonds marins.
Méthodes utilisées : sélection et préparation d’échantillons de MORBs pour exposer et analyser des embayments et inclusions vitreuses piégées dans des olivines. Analyse des profils de diffusion obtenus afin d’en dériver une vitesse de remontée. L’étudiant(e) bénéficiera d’une équipe d’encadrant avec des expertises dans la préparation des inclusions vitreuses et embayments, l’analyse des éléments volatils et la modélisation des profils de diffusion. Les résultats pourront servir de base à une publication en fin de M2. Les techniques apprises durant ce projet seront utiles pour une large panoplie d’études de doctorat.
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Equipe de Volcanologie :
- Mesures des forces à la base des écoulements granulaires et implications pour les écoulements volcaniques
Responsable : Olivier Roche (Olivier.Roche@uca.fr), Siet van den Wildenberg (s.wildenberg@opgc.univ-bpclermont.fr)
Les forces générées à la base des écoulements volcaniques gravitaires (écoulements pyroclastiques, avalanches de débris) par interaction avec le substrat contrôlent la dissipation d’énergie de ces masses granulaires. Une meilleure connaissance de ces forces est donc requise pour mieux comprendre la dynamique de mise en place de ces écoulements. Le problème sera étudié par l’intermédiaire d’expériences de laboratoire sur des écoulements granulaires. Il s’agira d’utiliser un dispositif disponible au LMV, qui consiste en une rampe d’écoulement et en un système de mesure muni d’un capteur de force. Les forces à la base des écoulements seront mesurées en particulier en fonction de la rugosité du substrat et de la distribution de taille des particules des écoulements. Ces mesures seront complétées par des analyses de vidéos haute-vitesse qui permettront d’étudier la structure et la dynamique des écoulements.
- Caractérisation de la charge en cendres des panaches du volcan Sabancaya (Pérou) par radar à ondes millimétriques
Responsable : Franck Donnadieu (F.Donnadieu@opgc.fr)
La caractérisation des paramètres de charge des panaches de cendres (concentrations, flux, masse totale, distribution en taille des particules) est essentielle pour améliorer les prévisions des modèles de dispersion et permet de contraindre les processus dynamiques qui contrôlent leur ascension et la sédimentation. Une campagne de mesures (LabEx ClerVolc – IRD) en mai 2018 a permis de réaliser des profils de réflectivité et de vitesse à l’intérieur des colonnes, des panaches et des nuages de cendres du volcan Sabancaya (Pérou), avec une résolution spatio-temporelle inégalée. Des échantillons de cendres ont également été collectés au sol et les chutes de cendres mesurées au cours du temps par disdromètre laser.
Le stage comprendra trois parties. (i) Une analyse microphysique des cendres consistera à caractériser plus finement les cendres andésitiques collectées pour compléter les informations préliminaires obtenues sur la distribution des tailles de particules (tamisage + morpho-grainsizer G3), les paramètres morphométriques (diamètre circulaire équivalent, dimensions des axes, circularité, convexité, solidité, etc), et la densité en fonction de la taille (pycnomètre à eau). (ii) Modélisation : Les paramètres morphométriques seront utilisés avec des modèles empiriques de vitesse de chute de cendres et comparées avec les mesures du disdromètre sur le terrain. Des réflectivités seront ensuite calculées à partir des données granulométriques (échantillons et disdromètre) et de modèles de diffusion électromagnétique (Rayleigh, Mie) puis comparées aux mesures radars pour déterminer les concentrations en cendres. Un modèle T-matrix pourra être développé afin d’évaluer l’influence des paramètres de forme des particules. (iii) Analyse des données radars : une fois les réflectivités converties en concentration massique, des flux émis pourront être calculés à partir des profils transverses des colonnes éruptives et les masses totales déduites des scans en 3-D.
Méthodes utilisées : Analyses morphométriques des cendres (tamis, Morphograinsizer G3, pycnomètre à eau du LMV, janvier-février), traitement et analyse des données du radar et du disdromètre (codes Python, Matlab ; février-avril), modélisation inverse et T-matrix (Matlab, avril-mai).
- SO2 emission budget from Indonesian volcanoes based on ground based remote sensing measurements
Responsable : Philipson Bani (philipson.bani@ird.fr)
Non-eruptive or passive volcanic degassing flux of SO2 remains poorly constrained although it constitutes the biggest contribution into the atmosphere by volcanic activities. Emission inventories have progressively improved over the last decade, thanks to new measurements of some lesser known volcanic area on earth. We propose in this project to (1) carry out an exhaustive review of volcanic gas emission studies in Indonesia, and to (2) establish a new estimation of volcanic SO2 emission budget from the archipelago by integrating new grown based measurement data obtained between 2012 and 2018 using DOAS and Ultraviolet Camera.
Méthodes utilisées : DOAS and Ultraviolet Camera, data processing and data analyse.
- Insight into conduit dynamics and eruptive mechanisms of volcanic eruptions through textural and petrological studies of pyroclasts
Responsable : Lucia Gurioli (lucia.gurioli@uca.fr)
The approach involves integration of macroscopic analysis of pyroclastic particles, including (i) componentry (juvenile versus non-juvenile particles), (ii) size and size particle distribution, (iii) bulk particle texture (density, porosity, connectivity and permeability), (iv) microscopic texture (vesicle size distribution and crystal size distribution), and (v) petro-chemical analysis (bulk rock, glass and mineral compositions). This can be completed on samples collected from on-going eruptions or past deposits, and provides information related to the dynamics of the eruption, the condition of the magma at the fragmentation level, and/or in the shallow reservoirs, and the degassing history of the ascending magma. To apply this approach the candidate can choose between three different geological contexts and volcanic activity types to: (1) Decipher the enhancement of basaltic eruption explosivity by magma mingling: the case study of the 8.6 ka BP La Vache and Lassolas subplinian eruption, Chaîne des Puys, France (in collaboration with Federica Schiavi and Timothy Druitt, both at LMV) ; (2) Elucidate the mechanisms triggering and driving unusual energetic basaltic events that occurred at two different basaltic volcanoes (Piton de la Fournaise, La Réunion, France and Karthala, Comoros) due to magma-water interaction or plug formation (in collaboration with Simon Thivet, PhD at LMV and Andrea Di Muro, at the Observatoire Volcanologique du Piton de la Fournaise), and to (3) Understand the conduit dynamics of the AD1600 Huaynaputina energetic Plinian eruption (Peru) (in collaboration with Laura Pioli, University of Geneva, and Jean-Claude Thouret, LMV).
Méthodes utilisées : Geopyc, Helium pycnometer, Permeameter, Morphology G3, Microscopie électronique à balayage, analyse d’image pour la quantification du pourcentage, taille et distribution pour les cristaux et vésicules, microanalyse (microsonde électronique), chimie total, chimie in situ du verre et cristaux, spectrométrie Raman.
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Equipe de Géochimie :
- Anomalies nucléosynthétiques dans les météorites
La mesure des variations des isotopes stables indépendants de la masse permet d’établir les liens de parenté entre les différents objets (astéroides, planètes) du Système Solaire (Bouvier et Boyet 2016 ; Dauphas et al., 2017). A petite échelle il existe également des variations montrant que les objets se sont formés dans une nébuleuse protosolaire fortement hétérogène.
Ce projet vise à mesurer les isotopes du Ba et du Ti dans différents groupes de météorites, dont la plupart sont formées dans un environnement réduit et appartiennent au groupe des chondrites à enstatite. Ces résultats permettront 1) de mieux comprendre les liens de parenté entre les différents objets de Système Solaire ; 2) préciser les modèles d’accrétion qui opposent des variations temporelles et spatiales pour expliquer les différences observées ; et 3) préciser l’origine de la Terre, c’est à dire à partir de quels matériaux elle s’est formée.
Il s’agit d’échantillons précieux nécessitant une grande rigueur analytique. Les analyses du Ba et du Ti seront développées/adaptées lors de ce stage. Les résultats obtenus viendront compléter les mesures isotopiques d’autres éléments obtenus sur ces mêmes échantillons. Ce projet s’intègre de dans le cadre d’un programme européen en cours et à l’axe « Terre Primitive » du Laboratoire Magmas et Volcans.
Bouvier, A., & Boyet, M. (2016). Primitive Solar System materials and Earth share a common initial 142 Nd abundance. Nature, 537(7620), 399.
Dauphas, N. (2017). The isotopic nature of the Earth’s accreting material through time. Nature, 541(7638), 521.
Méthodes utilisées : Travail en salle blanche (séparations chimiques), analyses sur ICPMS et MC-ICPMS.
- Quelles signatures géochimiques de différenciation précoce portent les roches archéennes d’Australie (Pilbara) ?
Plusieurs terrains Eoarchéens témoignent d’un évènement majeur de différenciation de la Terre silicatée. Ce dernier peut être retracé par l’étude des systèmes radioactifs de longues et courtes vies (Rizo et al., 2011). Les données sur le craton Australien sont très peu nombreuses (Bennett et al., 2007). Nous proposons dans ce stage d’étudier des roches magmatiques (gneiss et gabbros de 3.60-3.59 Ga) et des sédiments (3.45 Ga) provenant du craton de Pilbara. Dans le cas des sédiments, l’analyse des isotopes de Cr sera également effectuée afin de mieux contraindre l’origine de ces derniers.
Pour tous ces échantillons des analyses couplées des systèmes 146Sm-142Nd (T1/2=103 Ma) et 147Sm-143Nd (T1/2=106 Ga) seront réalisées. Les résultats obtenus permettront de raffiner les modèles d’évolution précoce de la Terre silicatée et de proposer un âge pour la cristallisation de l’océan magmatique terrestre.
Ce projet s’intègre de dans le cadre d’un programme européen en cours et à l’axe « Terre Primitive » du Laboratoire Magmas et Volcans.
Bennett, V. C., Brandon, A. D., & Nutman, A. P. (2007). Coupled 142Nd-143Nd isotopic evidence for Hadean mantle dynamics. Science, 318(5858), 1907-1910.
Rizo, H., Boyet, M., Blichert-Toft, J., & Rosing, M. (2011). Combined Nd and Hf isotope evidence for deep-seated source of Isua lavas. Earth and Planetary Science Letters, 312(3-4), 267-279.
Méthodes utilisées : Travail en salle blanche (attaque et séparations chimiques), analyses ICPMS et TIMS.
- L’évolution des magmas à travers les temps géologiques via la quantification des coefficients de partage des phases accessoires.
Des études préliminaires sur différents granitoides de l’Archéen au Phanérozoique, ont confirmé que les phases accessoires pouvaient être utilisées comme proxy de l’évolution magmatique à travers les temps géologiques. Afin d’approfondir notre compréhension sur le comportement chimique de ces phases dans les différents granitoides composant la croûte continentale, des expériences en collaboration avec l’équipe de pétrologie expérimentale seront réalisées. À l’heure actuelle, les données expérimentales sur ces phases manquent cruellement dans la littérature. Le but de cette étude sera de mieux caractériser les coefficients de partage de l’apatite et la titanite dans différents types de magmas et de quantifier l’influence des alcalins sur le comportement des éléments traces dans ces phases. Dans un second temps, l’influence de la présence ou l’absence de monazite durant la cristallisation des apatites/titanites permettra de caractériser la compétition pour les terres rares légères entre ces phases lors de la cristallisation de ces magmas.
Méthodes utilisées : Ce travail nécessite de (i) l’expérimentation en piston cylindre et (ii) l’utilisation de méthodes d’imagerie et d’analyses in-situ variées : MEB pour l’identification des phases, microsonde pour l’analyse des majeurs et mineurs, LA-ICP-MS pour l’analyse des traces. Des recherches bibliographiques seront aussi menées.
- Etude de la construction d’un socle archéen à travers l’exemple des Gneiss Péninsulaires du craton du Dharwar Ouest (Inde).
Les études menées jusqu’ici sur la formation des continents archéens ont permis de bien comprendre leur composition ainsi que les mécanismes de leur genèse (Martin et al., 2014). Cependant, les modalités de leur croissance semblent avoir varié non seulement au cours du temps au sein d’un même craton mais aussi entre différents continents (Laurent et al., 2014). Il semble donc nécessaire de déterminer et documenter chacune des étapes de construction d’un craton, depuis sa nucléation jusqu’à sa cratonisation, et ce, afin de fixer des contraintes solides sur la géodynamique archéenne ainsi que la croissance crustale en général.
Le développement couplé des analyses isotopiques U-Pb et Lu-Hf ont permis des avancées majeures dans la compréhension de la formation des cratons. Cela est dû au fait que cette approche associe un géochronomètre extrêmement robuste à un puissant traceur de source (Guitreau et al., 2012). Dans ce projet, nous proposons non seulement d’utiliser cette approche mais d’y adjoindre un autre traceur de source, les isotopes du Si, qui est particulièrement sensible à l’incorporation dans un magma de lithologies sédimentaires (Savage et al., 2013).
Les objets de cette étude de M2 seront les granitoïdes (TTG; tonalite-trondhjémite-granodiorite) de la partie Ouest du craton du Dharwar en Inde. En effet, à ce jour, ce craton a relativement peu été étudié quant aux systématiques décrites ci-dessus, de plus, ces granitoïdes n’ont pas subi de métamorphisme pervasif depuis 3,2 Ga, ce qui est très rare pour des roches archéennes. Le craton du Dharwar a commencé sa croissance il y a environ 3,4 Ga, croissance qui s’est achevée par cratonisation entre 3,2 et 3,1 Ga (Jayananda et al., 2018).
Guitreau et al., 2012. Hafnium isotope evidence from Archean granitic rocks for deep mantle origin of continental crust. Earth Planet. Sci. Lett. 337–338, 211–223.
Jayananda et al., 2018. Formation of Archean (3600–2500 Ma) continental crust in the Dharwar Craton, southern India. Earth Science Reviews 181, 12-42
Laurent et al., 2014. The diversity and evolution of late-Archean granitoids: Evidence for the onset of “modern-style” plate tectonics between 3.0 and 2.5 Ga. Lithos 205, 208-235.
Martin et al., 2014. Why Archean TTGs cannot be generated by melting of MORB melting in subduction zone. Lithos 198–199, 1–13.
Savage et al., 2013. The silicon isotope composition of the upper continental crust. GCA 109, 384-399.
Méthodes utilisées : Ce travail nécessitera l’utilisation de méthodes d’analyses isotopiques in-situ (LA-MC-ICP-MS) pour les systèmes Lu-Hf et Si. Une caractérisation et une modélisation des signatures en éléments majeurs et en trace des granitoïdes du Dharwar Ouest sera effectuée, ainsi que des recherches bibliographiques.
- Anatomie de la croûte continentale
La croûte continentale Archéenne est formée pour l’essentiel de gneiss gris, c’est à dire des complexes polyphasés, déformés et métamorphisés formés à partir d’anciens granitoïdes. Il est souvent compliqué d’identifier et de décrire les différents épisodes et processus de formation de ces complexes, dû à leur exposition limitée et à leur multiple histoire magmatique et métamorphique. Cette situation limite donc notre compréhension des processus de formation de la croûte continentale. Les phases accessoires robustes telles que le zircon, la titanite, la monazite et l’apatite permettent de reconstituer l’histoire de cristallisation. En combinant étude pétrologique détaillée et analyse in situ de ces phases, il est désormais possible d’améliorer notre compréhension de ces premières croûtes continentales.
En Afrique du Sud, un affleurement récemment identifié et échantillonné montre, dans de très bonnes conditions, des relations entre différentes phases gneissiques. Il offre une excellente opportunité pour comprendre la formation et la structuration des gneiss gris. Ce projet s’appuiera sur une étude pétrologique détaillée :
(1) caractérisation pétrologique et géochimique de chaque phase à l’affleurement (roche totale); (2) pétrologie métamorphique et quantification des conditions PT; (3) géochronologie (U-Pb sur zircon) et (4) chimie des phases accessoires (elements traces).
Méthodes utilisées : Ce travail nécessite (i) l’utilisation de méthodes d’imagerie et d’analyses in-situ variées : MEB pour l’identification des phases, microsonde pour l’analyse des majeurs et mineurs, LA-ICP-MS pour l’analyse des traces. (ii) L’utilisation de logiciel thermodynamique tel que PERPLEX. Des recherches bibliographiques seront aussi menés.
- Développement de la mesure des éléments du groupe du platine (Pt, Pd, Ir, Ru, Os) dans les chromites. Application au traçage des sources des basaltes de points chauds et médio-océaniques.
Parmi les outils géochimiques utilisés pour étudier la terre interne, les éléments du groupe du platine (Pt, Pd, Ir, Ru, Os), ou « PGE », présentent deux caractéristiques remarquables. La première est leur forte affinité pour les phases métalliques et les sulfures. Pendant la formation de la terre, ces éléments sidérophiles se sont concentrés dans le noyau, laissant un manteau silicaté appauvri. La seconde est le comportement très contrasté des PGE pendant la fusion partielle, qui a conduit au cours des temps géologiques à des fractionnements élémentaires importants entre la croute et le manteau. Les PGE portent ainsi une information très riche sur la source et la genèse des laves (Gannoun et al., 2016). En particulier, ils nous renseignent sur les processus de recyclage de matériel crustal dans le manteau, les interactions entre le noyau et le manteau, et la présence de matériel primitif ayant survécu à la convection mantellique. Ils sont en ce sens très utiles pour comprendre l’origine et l’histoire des domaines du manteau anciens et profonds échantillonnés par les points chauds (Day, 2013).
L’objectif analytique du stage est de mettre au point la mesure des concentrations des PGE dans la chromite, phase porteuse de certains PGE, et parmi les premières à cristalliser dans les systèmes basaltiques. La méthode sera appliquée aux chromites présentes dans les basaltes riches en olivines de points chauds (Réunion, Hawaii, Islande) et médio-océaniques (dorsale Atlantique Nord), l’objectif scientifique étant d’apporter de nouvelles informations sur l‘origine et l’histoire des différentes régions du manteau échantillonnées par le volcanisme océanique. Le stage prévoit le développement intégral de la méthode de mesure des concentrations des PGE par dilution isotopique : (1) Fabrication du traceur isotopique à partir des isotopes enrichis, (2) Calibration du traceur, (3) Mise au point d’un protocole de séparation des éléments sur colonne échangeuse d’ion compatible avec la dissolution de chromite (4) Mesures des rapports isotopiques sur spectromètre de masse. L’analyse des échantillons naturels sera réalisée après avoir validé les différentes phases du développement.
Ce stage implique un important travail de chimie analytique en salle blanche, et au spectromètre de masse.
Day, JM.D. Hotspot volcanism and highly siderophile elements. Chemical Geology 341, 50–74, 2013.
Gannoun et al. Highly Siderophile Element and Os Isotope Systematics of Volcanic Rocks at Divergent and Convergent Plate Boundaries and in Intraplate Settings. Reviews in Mineralogy & Geochemistry 11. Vol. 81 pp. 651-724, 2016.
