Ségrégation/extraction et propriétés électriques des liquides magmatiques

La ségrégation et l'extraction des liquides primaires, aussi bien au niveau des zones sources mantelliques et crustales que dans les derniers stades de la cristallisation magmatique, font partie des processus essentiels intervenant dans la dynamique des transports magmatiques. De nombreuses études expérimentales récentes démontrent l'importance de la déformation dans les systèmes biphasés à haute concentration cristalline (de 75 à 100 vol%), lors de la fusion (Van der Molen and Paterson 1979; Rushmer 1995; Rutter and Neumann 1995; Mei et al. 2002), mais aussi de la cristallisation (Arbaret et al., 2007 ; Caricchi et al., 2007 ; Lavallée et al., 2007 ; Champallier et al., 2008). L'ensemble de ces travaux met particulièrement en lumière le rétrocontrôle du partitionnement structurel des systèmes partiellement fondus (zones en cisaillement, concentration des liquides,...) sur leur comportement mécanique global et surtout l'influence potentiellement considérable des gradients de déformation sur la ségrégation et l'extraction de la fraction liquide. Nous proposons de développer un protocole en autoclave HP/HT (Presse Paterson, en torsion, avec mesure mécanique et électrique) d'étude des structures localisantes et plus largement des gradients de déformation, au travers d'expériences reproduisant des systèmes magmatiques partiellement fondus dans différents contextes géologiques.

 Fusion partielle d'un paragneiss rubané à 300Mpa, 900°C, et en déformation coaxiale (contrainte principale verticale). A gauche : échantillon non déformé. A droite : échantillon déformé montrant la localisation de la déformation dans les niveaux riches en phylosilicates. P. Trap, inédit.

Vitesse de percolation des liquides mantelliques

La migration de liquide magmatique par percolation des joints de grains est un des mécanismes de transferts profonds que l'on oppose souvent à des mécanismes de channelisation ou encore de fracture pour des taux de fusion faibles (Katz et al., 2006). Le facteur limitant à cette percolation est la tension d'interface solide-liquide et les processus de dissolution aux joints de grains couplés à de la précipitation en arrière du front de percolation. Nous étudierons ici l'influence de la déformation sur la vitesse de percolation aux joints de grains. Des mesures de conductivité électrique in situ sur des systèmes en percolation seront réalisées dans la presse Paterson en fonction du taux et du gradient de déformation. Le système basalte-péridotite déjà utilisé lors d'expériences de conductivité électrique dans la même presse sera reconduit. Sur la base d'expériences précédentes menées à d'autres fins, nous anticipons un effet dominant du régime de contraintes sur la percolation avec d'importantes implications sur la mobilité et les temps de transferts de magma depuis la source vers l'éruption.

Extraction des liquides magmatiques tardifs

La compréhension fine des modes de ségrégation et d'extraction des liquides sont de première importance par exemple dans les zones à cristallinité élevée (> 80 % de cristaux; "mush") des chambres magmatiques. Les capacités de remobilisation de ces zones très cristallines sous l'effet dynamique (déformation) lié par exemple à des évènements thermiques (convection) tels que les injections de magmas juvéniles ou même d'instabilités gravitaires restent peu modélisées expérimentalement. Nous nous intéresserons au travers d'une approche expérimentale en déformation en presse Paterson, à la remobilisation des mush magmatiques dans les systèmes stratifiés par intrusions et/ou apports thermiques, ainsi qu'à l'extraction des liquides dans ces zones très cristallisées, avec l'objectif essentiel de comprendre le rôle des gradients de déformation et de quantifier les capacités d'extraction des liquides en termes de vitesses et de volumes. Ces données expérimentales alimenteront des modélisations numériques de l'interface mush-liquide.