Étude multi-échelle des variations structurales, géochimiques et des propriétés magnétiques des coulées basaltiques prismées : exemple de la coulée de La Palisse (Ardèche) et de Saint-Arcons-d’Allier (Haute-Loire)

par Tiphaine Boiron

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre

Sous la direction de Bernard Guy.

Soutenue le 12-10-2011

à Saint-Etienne, EMSE , dans le cadre de ED SIS 488 .

Le président du jury était Alain Gourgaud.

Le jury était composé de Pascal Richet, Jérôme Bascou, Marie-Christine Gerbe.

Les rapporteurs étaient Bernard Henry, Erwan Hallot.


  • Résumé

    Des structures prismées sont fréquemment observées dans les coulées de lave comme la Chaussée des Géants (Irlande). Plusieurs théories existent pour expliquer ces formations, dont la plus répandue est celle de la contraction thermique. Or cette théorie permet difficilement de comprendre certaines observations de terrain comme la séparation fréquente des coulées en plusieurs niveaux. Afin de mieux comprendre la structuration au sein des coulées basaltiques, nous avons procédé à une étude pluridisciplinaire basée sur les propriétés magnétiques, les variations structurales et géochimiques de deux coulées prismées du Massif Central (La Palisse, Ardèche et Saint-Arcons-d’Allier, Haute-Loire). Notre approche permet de montrer que les fabriques cristallographiques et magnétiques sont gouvernées par l’écoulement de la lave. L’orientation du plagioclase contrôle la distribution des titanomagnétites à l’origine des fabriques magnétiques. Notre étude montre également que l’utilisation de l’ASM est un outil fiable pour déterminer l’orientation de l’écoulement à condition d’être contrôlée par des mesures de fabriques cristallographiques. Les mesures de la quantité d’eau et les analyses isotopiques (H et O) montrent que l’effet de l’altération météorique est faible et que l’eau contenue dans la roche est essentiellement de l'eau de constitution. De plus, à l’échelle du prisme, des variations de deuxième ordre sont observées comme celle des paramètres d’hystérésis qui indique des tailles de grains de titanomagnétites plus importantes vers le centre. Ces variations au sein du prisme semblent difficilement compatibles avec une structuration des coulées par la simple contraction thermique.

  • Titre traduit

    Multi-scale study of structural, geochemical and magnetic properties variations in columnar basalt flows : example of the La Palisse (Ardèche) and Saint-Arcons-d’Allier (Haute-Loire) basalt flows.


  • Résumé

    Columnar jointing is frequently observed in lava flows, as in the Giant Causeway (Ireland). The most common theory explaining the formation of prisms is by the thermal contraction. However, this theory hardly explains some field observations such as the frequent existence of three parts within the lavas flows, from the base to the top. To complete our understanding of the structuring lava flows, we carried out a multidisciplinary study based on the magnetic properties, structural and geochemical characterization of two basaltic flows from the French Massif Central (La Palisse, Ardèche and Saint-Arcons-d'Allier, Haute-Loire). Our approach shows that crystallographic and magnetic fabrics are governed by the flow. The distribution of titanomagnetite grains carrying the magnetic fabrics is mainly controlled by the plagioclase orientation. Our study also shows that the use of the AMS to determine the flow direction is a reliable tool, provided punctual control by measurements of crystallographic fabrics are performed. Measurements of the water content and isotopic analyses (H and O) show a limited weathering effect in the studied areas: rock water is mostly primary water in equilibrium with the magma. Moreover, second order changes are noted across the prism section such as hysteresis parameters associated to grain size variation of titanomagnetite (larger grains in the center). The variations of magnetic properties across the prism section suggest a gradient of the crystallization rate from the center to the edge of the prism, which seems difficult to reconcile with the structuring of the flow by thermal contraction only.


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