Apports de la géochimie élémentaire et isotopique pour la compréhension des processus de serpentinisation : cas de la dorsale sud-ouest indienne

Contribution of elementary and isotopic geochemistry to the understanding of serpentinization processes : study of the south west Indian ridge

• Auteur / Autrice : Lucile Dessimoulie
• Direction : Damien Guillaume, Adélie Delacour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance le 19/06/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Magmas et Volcans
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Magmas et Volcans
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Johanna Marin Carbonne, Vincent Busigny
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bénédicte Ménez, Georges Ceuleneer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Serpentinite

Géochimie

Cristallochimie

Géologie

Péridotite

Mots clés libres

Serpentinisation

Dorsale sud-ouest indienne

Isotopes du fer

Transfert d’éléments chimiques

Isotopes du carbone

Smooth seafloor (SMS)

Serpentinisation

Southwest Indian Ridge

Iron isotopes

Transfer of chemical elements

Carbon isotopes

Smooth seafloor (SMS)

Résumé

La serpentinisation, réaction d’hydratation et d’oxydation des péridotites, a lieu au niveau des dorsales lentes à ultralentes et est responsable de nombreux échanges chimiques entre le manteau, la croûte océanique et l’océan. Afin de mieux comprendre les cycles géochimiques, cette thèse s’intéresse aux serpentinites du smooth seafloor (SMS) de la dorsale ultralente sud-ouest indienne, une zone amagmatique du réseau des dorsales. Des profils de serpentinisation sont établis, montrant une augmentation du degré de serpentinisation avec la distance à la dorsale. La serpentinisation s’accompagne d’une modification des compositions en roche totale des péridotites en Si, Mg, Fe et Na sans évolution systématique avec la distance à la dorsale, et d’un enrichissement progressif en éléments trace légers (La, Pr), en éléments mobiles (Li, B) et en métaux (As, Sb, Cd). La composition en 56Fe des serpentinites SMS ne montre aucune évolution avec le degré de serpentinisation, le degré de fusion partielle ou la refertilisation par des magmas basaltiques, indiquant que ces serpentinites peuvent être utilisées comme analogues du manteau océanique in situ. Les compositions isotopiques en 13C sont similaires aux études précédentes sur les serpentinites et ne montrent pas d’évolution avec le degré de serpentinisation. Certains échantillons présentant des preuves d’une altération post-serpentinisation présentent en revanche de fortes teneurs en carbone organique, probablement issu d’une plus forte production de H2 via l’oxydation du fer. Cette altération est également responsable d’enrichissements supplémentaires en La, Pr, As, Sb et Cd.

Serpentinization, a reaction of hydration and oxidation of peridotites, occurs at slow to ultra-slow spreading ridges and is responsible of numerous chemical exchanges between the mantle, the oceanic crust and the ocean. In order to better understand these geochemical cycles, this thesis studies serpentinites from the smooth seafloor (SMS) of the ultraslow south west Indian ridge, an amagmatic end-member of the ridges system. We established profiles of serpentinization, showing an increase of the serpentinization degree with distance from the ridge. Serpentinization is accompanied by a modification of the peridotites bulk rock compositions in Si, Fe, Mg and Na without systematic evolution with the ridge distance, and by a progressive enrichment in light trace elements (LA, Pr), mobile elements (Li,B) and metals (As, Sb, Cd). The 56Fe composition of the SMS serpentinites does not show any evolution with the serpentinization degree, the partial melting rate, nor the refertilization by basaltic melts, indicating that these serpentinites can be used as analogs of the in situ oceanic mantle. Carbon isotopes compositions (13C) are similar to previous studies on serpentinites and do not show any evolution with the serpentinization degree. Few samples showing evidences of post-serpentinization alteration display however high organic carbon contents, probably coming from a stronger production of H2 through Fe-oxidation. This alteration is also responsible for supplementary enrichments in La, Pr, As, Sb and Cd.