Mélanges magmatiques

Le lien entre les phases d'activité et de repos d'un volcan, typiquement observées sur les volcans de zone de subduction, restent encore  largement inexplorées. En particulier, nous ne savons pas définir si cette alternance est le résultat (i) des propriétés de conduit volcanique, (ii) du taux de recharge magmatique, (iii) des propriétés physicochimiques des magmas du réservoir ou de ceux entrant dans le réservoir, ou (iv) de changement de niveau du réservoir en lien avec des variations tectoniques locales ou régionales. En raison des textures de mélanges magmatiques fréquemment observées dans les produits d'éruptions, il a été proposé que le mélange magmatique puisse être un facteur majeur de déclenchement des éruptions, méritant à ce titre une étude compréhensive détaillée du processus. Il a également été proposé que les caractéristiques physicochimiques du produit résultant d'un mélange de deux magmas dépendent directement du contraste rhéologique (différence de densité et de viscosité) entre les magmas et de la vitesse à laquelle ils se mélangent. Cependant, les travaux existants ont pour la plupart traité séparément l'aspect géochimique et l'aspect physique du mélange, bien que les deux soient intimement liés dans la nature. Aucune étude expérimentale n'a été menée sur les aspects combinés de la chimie et de la physique des mélanges magmatiques, notamment en raison des difficultés techniques. En effet, le mélange magmatique est par essence un processus dynamique, qui nécessite un équipement capable de déformer les magmas en température et sous pression.

Comparaison entre des mélanges de magmas naturel (A) et expérimental (B). La photo du haut a été prise sur l'île de Santorin et montre une rhyolite (clair) qui se mélange mécaniquement avec une dacite (sombre). Ce type de mélange entraîne des filaments étirés et entrecroisés. L'image du bas provient d'une expérience réalisée à 1200°C et 300MPa lors de laquelle deux magmas (haplotonalite et basalte) mis en contact. Cette expérience reproduit bien les textures naturelles et nous pouvons déterminer les conditions (pression, température...) dans laquelle le mélange de magmas est possible. En effet, les propriétés physiques et chimiques des magmas (viscosité, fraction cristalline...) dépendent des conditions environnantes et le mélange de magmas a lieu dans des conditions restreintes. L'enjeu est important puisque ce processus est fréquemment à l'origine d'éruptions volcaniques.

Nous proposons d'étudier les mélanges de magmas de compositions différentes, en corrélant les aspects chimiques et physiques du mélange, par une étude expérimentale en presse Paterson. Nous chercherons notamment à caractériser l'influence des rapports de viscosité, de la déformation finie et de la vitesse de déformation sur les capacités de mélange des magmas dans les chambres magmatiques. Les résultats attendus devraient permettre d'apporter des contraintes qualitatives et quantitatives sur :

(i) les conditions de désintégration des textures de mélanges (e.g., enclaves, rubanements),

(ii) l'influence du mélange sur l'évolution chimique des cristaux et des roches magmatiques

(iii) l'effet du cisaillement et du délitage à l'interface des deux magmas sur les vitesses de réaction et de dissolution des cristaux entrainés dans un magma de composition différente (aidant à l'estimation des temps de résidence des phénocristaux/xénocristaux).

Le système magmatique de Santorin sera notre cible géologique permettant de faire le lien avec des grands cycles de recharge, d'éruption et de repos du volcan.