Niveau 1 : Pour ceux qui comprennent rien aux cailloux
Je travaille sur des roches de Nouvelle Caledonie. Cette magnifique ile, reputee pour ces gisements de nickel, possede egalement une geologie remarquable. En effet, on trouve sur l'ile des roches qui sont des morceaux de croute oceanique qui sont d'habitude, comme leur nom l'indique, au fond des oceans !
Il est donc possible, dans ce pays, d'etudier ces roches sans etre oblige de plonger a 5000m de profondeur.
Si la croute oceanique s'est retrouvee sur l'ile, c'est pas pour rien, et cela a necessite de nombreux processus geologiques assez complexes. La mise en place de ces roches commence a etre bien comprises et nous permet donc d'avancer plus loin dans la recherche.
Processus de mise en place de la croute oceanique sur le continent.
La premiere partie de l'etude consiste donc a etudier un peu plus cette croute oceanique passee sur le continent.
La seconde partie necessite d'autres notions de geologie. La croute oceanique est formee et disparait en continu. Cette disparition se fait dans des regions bien particulieres, riches en tremblements de terre et en volcans (ex: Indonesie, Japon, Andes, Sicile'...) Dans ces regions, la croute oceanique "coule" litteralement sous le continent, vers l'interieur de la Terre. Ce mecanisme, qui est de loin le plus frequent, est appele la subduction.
Mecanisme de Subduction d'une plaque oceanique
La descente de cette plaque sous le continent ne se fait pas sans probleme; les consequences en surface en sont les tremblements de terre et le volcanisme. Il est cependant difficile de bien aprehender pourquoi de telles choses arrivent en surface. Il faut donc comprendre ce qui se passe des dizaines de kilometres sous ces chaines de volcan pour avoir une idee complete du processus.
Comsequence de la subduction et volcanisme associe
En etudiant les roches de Nouvelle Caledonie, on peut decouvrir qu'elles sont les premieres reactions qui vont former du magma puis des laves en surface. Pour en savoir plus, passez au paragraphe suivant (drigiling giling....)
Niveau 2 : Pour ceux qui captent quand meme un peu la geologie
La Nouvelle Caledonie est une ile composee de nombreuses terranes qui se sont accretees sur la bordure est du supercontinent Gondwana durant un periode allant du Permien au debut du Cretace (Orogene Rangitata). Il y a 140 millions d'annees, le break-up du Gondwana a affecte la region des nouvelles Papouasie-Caledonie-Zelande. Ces fragments de continents ont commence a deriver dans l'ocean pacifique jusqu'a se retrouver maintenant a au moins 2000km de leur point d'origine. Cette derive de micro-continents a entrainer de nombreux processus de subductions, d'arcs volcaniques associes et de volcanisme de bassins d'arriere arc durant le Cretace et le debut du Paleogene.
Carte geologique simplifiee des fonds oceaniques du SW pacifique
A l'Eocene, les choses changent (pour des raisons que je ne developperais pas ici); il y a un rearrangement des mouvements interplaques et l'un de ces consequences est l'obduction diachronique de nombreuses unites oceaniques sur les masses continentales. On retrouve ainsi differentes terranes de cette epoque dans la region. En Nouvelle Caledonie, il s'agit notamment des celebres terranes de Poueba (eclogite) et Diahot (schistes bleus) mais aussi de Koumak (metapelite) et de Poya (basaltes). La fin de cet episode collisionel s'acheve il y a 34 millions d'annees avec l'obduction d'une croute oceanique formee durant le Cretace sur le continent neo-caledonien. La nappe ultramafique recouvre alors la totalite de l'ile avec une sequence ophiolitique de type HOT, probablement partiellement complete.
Carte geologique simplifiee de la Nouvelle Caledonie; les nappes ultramafiques sont en vert pomme.
L'erosion a cependant profondement altere cette sequence et les niveaux superieurs de la sequence ophiolitique ne sont plus conserves que dans les bassins cree par le collapse d'extension.
Dans le cadre de cette etude, seul le Grand Massif du Sud sera etudie avec eventuellement quelques comparaisons avec certaines roches du massif de Tiebaghi. L'orientation de ce choix est principalement influencee par la presence des termes superieurs de la sequence ophiolitique dans des regions comme la Montagne des Sources ou la Riviere des Pirogues.
La premiere phase de l'etude consiste donc a decrire les differentes successions de lithologies presentent dans le Massif du Sud, comme cela a ete fait dans de nombreuses ophiolites. En toute logique, la succession de base serait Lherzolite-Harzburgite-cumulats ultramafiques-gabbro lites-gabbro isotropes-complexe filonien-laves en coussins basaltiques-sediments.
Log de la croute oceanique de Semail en Oman avec les differentes unites
En Nouvelle Caledonie cependant, ni la lherzolite, ni le complexe filonien et les pillow-lavas n'ont ete observes.
Affleurement d'harzburgites dans le Grand Massif du Sud
Au terme de cette description de terrain, a cheval entre la petro et la carto, beaucoup d'echantillons auront ete recoltes et permettront d'etudier de maniere plus precise ces roches. La collecte d'echantillons se penchera plus specialement sur les nombreux dikes qui traversent la peridotite, les cumulats et les gabbros. La composition de ces dikes est fort variable, variant de la dunite au granite et reflete de nombreux processus geologiques.
- Fusion partielle du manteau et formation de croute oceanique : les dikes alimentant ce processus sont les dunites et certaines orthopyroxenites.
- Metasomatose du manteau par la croute oceanique subductee : La deshydratation de la croute subductee entraine l'expulsion d'un fluide ou d'un liquide silicate dans le manteau, provoquant a un certain stage, la fusion du manteau harzburgitique. Le liquide forme est expulse en surface dans les arcs volcaniques et y serait amene par des dykes de compositions orthopyroxenitiques. Prouver ce fait et pouvoir l'inscrire dans un contexte geodynamique complet est le point principal de cette these.
- Les dykes acides : Certains dykes alimentent les pods de plagiogranites presents dans la partie superieure de la croute. Ces dykes sont utiles pour la datation de l'emplacement de la croute.
- les dykes tardifs : D'autres dykes de compositions egalement granitiques apparaissent. Certains sont pre-collisionels, d'autres sont syn- et post-collisionel, temoins d'un slab break-off de la plaque subductee.
Affleurement d'harzburgite et des nombreux dikes associes dans le Grand Massif du Sud (Les noms sont marques et il y a des fleches vertes (qu'on voit quasi pas) montrant les veines. Les lignes rouges soulignent l'orientation de ces dykes; la ligne bleue, la strati mantellique)
L'interet porte aux dykes d'orthopyroxenite n'est pas negligeable car il permet de complete le cycle du renouvellement de la croute oceanique. En effet, on connait bien la croute oceanique, donc on sait ce que l'on fait rentrer dans le systeme; on commence a bien comprendre les phenomenes de deshydratation et d'eclogitisation de la croute et on sait ce qui sort comme lave hors des volcans d'arcs et d'arriere arcs. Il reste donc a comprendre comme le materiel expulse par la plaque oceanique subductee arrive en surface. En esperant que ce sont bien ces dykes d'orthopyroxenite qui sont les temoins de ces reactions !
Deux dykes d'orthopyroxenite traversant la harzburgite mantellique.
Niveau 3 : Pour les fans de petro
[C'est long mais c'est juste parce que ca fait du bien de pouvoir expliquer mon projet en Francais !]
Bien, passons a la vraie geologie maintenant; les choses serieuses !
Bien evidemment, le probleme n'est pas si simple que ca dans le detail.
L'encaissant etant un manteau appauvri, presque tout les Cpx ont foutu le camp!, on se retrouve avec de l'olivine, des opx et des spinelles nous donnant un magnifique manteau harzburgitique. Les dykes temoins de la fusion partielle ne sont guere mieux et mineralogiquement, ont la meme gueule. Heureusement cependant, l'ANU a un matos de fou qui permet d'avoir de tres bons spidergrams sur ces olivines a qqs ppb de terres rares !
Une magnifique Harzburgite du barrage de Yate, Nouvelle Caledonie. La masse est de l'olivine+serpentine; les porphyroblastes sont des orthopyroxenes.
Reprenons donc les differentes etapes du projet.
La description de la croute oceanique, ca tout le monde peut la faire, le fait est que d'un point de vue petrologique, en Nouvelle Caledonie, y'a aucune publi qui donne une belle sequence comme a Semail, Troodos, Vourinos, Bay of Island, etc. Donc ca vaut la peine de la faire dans un premier temps. L'absence de complexe filonien et de basaltes s'explique classiquement par des phenomenes d'erosion; cependant on connait quelques exemples recents de sequences oceaniques anormales ou les basaltes reposent directement sur les peridotites ou des cas ou on a le manteau a nu sur le fond oceanique. Il s'agit peut etre d'un phenomene de ce style en New Cal; en tout cas, ca vaut la peine de verifier.
Plusieurs separations mineralogiques sont envisagees pour trouver des zircons. Dans les plagiogranites et les autres dikes acides, ce sera easy; dans les dikes d'orthopyroxenite, ce sera sans doute plus hard d'en trouver mais cela peut s'averer tres important dans la datation et la formation des dikes. Les zircons seront analyses avec SHRIMP II ce qui nous donnera une tres bonnes precisions quant a ces donnees.
Ensuite, y'a tout le bordel des dikes mafiques a debrouiller. Pas mal de donnees existent deja a partir des xenolithes mantelliques mais la contrainte geodynamique est beaucoup plus faible. Il y a donc deja pas mal d'experimental qui nous permettent de comprendre ce qui se passe, notamment lors des reactions de formations des dunite channels. Selon Kelemen (1990 et apres), il s'agit d'une reaction isotherme de consommation de la lherzolite; puis harzburgite pas le passage d'un liquide basaltique sature en olivine. Les Cpx et les Opx se font bouffer, il ne reste que donc que de l'olivine en remplacement. Les conduits dunitiques sont donc les restites des liquides basaltiques alimentant la dorsale. Cette reaction peut se poursuivre jusqu'a saturation en Opx qui donne alors des dykes harzburgitiques par consommation des Cpx. L'harzburgite est generalement vue comme la masse restitique de la fusion partielle de toute cette partie du manteau; Il est tres probable que ce soit ce qui s'est passe dans l'ophiolite HOT de Nouvelle Caledonie mais les reactions isotherme-isenthalpique de Kelemen ont pu avoir une influence dans la croissance de certains "porphyroblastes" d'orthopyroxene mantellique.
Reaction between ultramafic rock and Fractionating basaltic magma. I. Phase Relations, the origin of Calc-alkaline magma series and the formation of discordant dunite. Peter B. Kelemen, 1990 (J. of Petrology).
Certaines pyroxenites peuvent egalement etre vue par reaction avec un liquide mantellique a faible taux de fusion qui remontant selon un gradient geothermique adiabatique provoquerait la reaction evidente Oli + SiO2(melt1) => Opx + melt2 (en fait, plus ou moins l'inverse de la reaction necessaire a la formation des dunites). Finalement, ces roches pyroxenitiques et dunitiques peuvent egalement etre le resultat de mineraux cumulus.
Orthopyroxenite en gros plan; en effet, y'a que de l'Opx ete juste quelques chromites pour garnir !
La rheologie des dykes et de l'encaissant lors de leur formation nous permet de distinguer differentes phases. les dykes concordants ont manifestement ete mis en place pendant ou peu de temps apres la formation de la croute oceanique; les dykes discordants flous se sont egalement formes lorsque le manteau etait encore chaud. Mais il existe d'autres dykes qui se sont mis en place dans un manteau beaucoup moins ductile ou l'on retrouve des structures typiques de cet emplacement dans une peridotite plus froide.
Dans un regime de supra-subduction, ces dykes d'orthopyroxenite sont envisages comme etant issus de la deshydratation du slab sous-jacent. En effet, la croute oceanique subductee subit, suivant la pression, plusieurs transformations mineralogiques qui aboutissent a la formation du facies eclogitique. L'une de ces reactions de deshydration par destabilisation de la phengite, permet de relacher dans le manteau de l'eau bien evidemment mais aussi de grande quantite de silice. Ces fluides, lorsqu'ils atteignent le solidus du mantle wedge (environ 1320K), provoquent donc une fusion et la formation de magmas tholeiitiques qui lors de leur remontee, par reactions avec l'encaissant, deviendront calc-alcalins lorsqu'ils seront expulses en surface. Le pasage des fluides/liquides du slab au solidus du manteau se font donc selon a travers ces conduits d'orthopyroxenite ou l'apport de silice a travers la peridotite provoque la formation des orthopyroxenes. Ces Opx, au niveau des traces, mais egalement des majeurs, sont singulierement differents des Opx formes lors de l'episode 'chaud' du manteau et l'ont retrouve donc des enrichissements en LILE, quelques HFSE et appauvrissement en HREE par rapport au reste. Les zones les plus evolues de ces dykes deviennent websteritiques et contiennent parfois des amphiboles, temoignant d'un enrichissement significatif du manteau a la fois en eau et en alcalins et alcalino-terreux. Dans certaines parties de l'ophiolite, certains de ces dikes sont suffisament evolues pour etre dioritiques.
Origin and role of pyroxenite veins from New Caledonia peridotite massif: Implications for MORB magma genesis and manlte metasomatism. Mallman, O'neill, Hermann & Spandler, May 2005, RSES-ANU Research Report.
Origin and role of pyroxenite veins from New Caledonia peridotite massif: Implications for MORB magma genesis and manlte metasomatism. Mallman, O'neill, Hermann & Spandler, May 2005, RSES-ANU Research Report.
Le transport des fluides dans cette zone n'est pas encore bien determine. S'il semble qu'en Nouvelle Caledonie, celui-ci se fasse selon des trajets bien definis, l'existence de peridotites a phlogopite et a chlorites montrent qu'un transport diffus a travers la peridotite est egalement envisageable. A nouveau, le contexte geodynamique dans lequel peut etre inclus l'etude des dykes d'orthopyroxenite pourrait donner beaucoup d'infos sur ce sujet.
L'experimental (mise a jour plus tard)
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