Les éléments halogènes dans les magmas, du traçage des conditions de stockage aux flux éruptifs

Halogen elements in magmas, from the tracing of storage conditions to the eruptive fluxes

• Auteur / Autrice : Thiebaut d' Augustin
• Direction : Hélène Balcone-Boissard, Georges Boudon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie
• Date : Soutenance le 03/12/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre de Paris (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Hélène Bureau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ilenia Arienzo, Kirstin Krüger, Tjarda Roberts
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David M. Pyle, Olgeir Sigmarsson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique à balayage

Pyroclastites

Magmatisme

Halogènes

Panaches volcaniques

Éruptions explosives

Mots clés libres

Éléments halogènes

Éruptions pliniennes

Magmas

Flux éruptifs

Climat

Environnement

Halogen elements

Plinian eruptions

Magmas

Eruptive fluxes

Climate

Environment

Résumé

Les éléments halogènes sont caractérisés par une configuration électronique S2P5 qui leur confère une très forte électronégativité leur permettant de former des ions halogénures très réactifs (X-, où X est un élément halogène). De par leur comportement volatil et incompatible dans la plupart des minéraux cristallisant dans les réservoirs magmatiques, leur concentration augmente dans la phase liquide résiduelle lors de la cristallisation fractionnée. Lorsque le magma remonte vers la surface, la solubilité des éléments volatils diminuant (parmi lesquels les éléments halogènes), ils s’exsolvent du magma sous forme de gaz. Les gaz émis lors des éruptions pliniennes sont propulsés à plusieurs kilomètres d’altitude et, selon l’importance de l’éruption, peuvent parvenir dans la stratosphère. Une fois injectés dans la stratosphère, les éléments halogènes ont un temps de résidence qui varie selon l’élément et le composé qu’il forme, et qui peut atteindre plusieurs années. Ils y déstabilisent les équilibres chimiques et provoquent la destruction de l’ozone stratosphérique. La méthode utilisée durant cette thèse consiste en une estimation du volume total d’un élément volatil donné émis lors d’une éruption, par la différence de concentration de l’élément dans le magma avant et après éruption. Le dégazage correspond à la différence de concentration de l’élément avant et après éruption. Cette méthode présente le double intérêt de permettre la mesure de la concentration totale de l’élément dans le magma, de manière non spécifique, et de ne pas requérir d’observation directe au moment de l’éruption.

Halogen elements have a characteristic S2P5 electronic configuration which gives them a very high electronegativity. Hence, they form highly reactive halide ions (X-, where X is a halogen element). Because of their volatile and incompatible behaviour in most of the minerals crystallising in magma reservoirs, their concentration increases in the residual liquid phase during fractional crystallisation. As the magma rises to the surface, the solubility of the volatile elements (including the halogen elements) decreases and they exsolve from the magma as gases. The gases emitted during plinian eruptions are propelled several kilometres into the atmosphere and, depending on the size of the eruption, they may reach the stratosphere. Once the halogen elements injected into the stratosphere, their residence time depend on the element and the compound it forms, and can reach several years. The halogen elements destabilise chemical balances in the stratosphere and cause the destruction of stratospheric ozone. The method used in this thesis consists in an estimate of the total volume of a given volatile element that is emitted during an eruption, from the difference in concentration of the element in the magma before and after eruption. The degassing thus corresponds to the difference in concentration of the element before and after eruption. This method has the double advantage of allowing to measure the total concentration of the element in the magma, in a non-specific way, and of not requiring direct observation at the time of the eruption.