Importances relatives de la fusion mantellique et de la cristallisation fractionnée dans le volcanisme des Causses (de la Vallée du Lot à la Méditerranée)

par Catherine Ghristi (Perrin)

Thèse de doctorat en Matières premières minérales et énergétiques

Sous la direction de Robert Brousse.

Soutenue en 1985

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

Le président du jury était Robert Brousse.

Le jury était composé de Emmanuel Tobie Berger, Bernard Bonin, Henri Bougault, René Charles Maury, Michel Treuil.

Les rapporteurs étaient Robert Brousse.

mots clés

• Fusion partielle
• Contamination mantellique
• Cristallisation fractionnée
• Volcanisme -- France -- Causses (France)

Résumé

La synthèse des données géologiques, pétrologiques et géochimiques permet de diviser en trois sous-provinces magmatiques la grande province du sud du Massif Central français: les Causses Septentrionaux, l’Escandorgue-Lodévois et le Bas-Languedoc. A ces trois sous-provinces correspondent différentes expressions d'un volcanisme fissural peu différencié mis en place entre 14 et 0,7 millions d'années. Les études pétrographiques et chimiques montrent dans l'ensemble de la province: - la prépondérance des basaltes hawaiitiques par rapport aux basanites, - la forte proportion des xénocristaux (olivine, clinopyroxène, orthopyroxène, spinelle) d'origine mantellique et des minéraux de haute pression (clinopyroxène) plus particulièrement dans la série des Causses Septentrionaux. Il a été possible d'estimer cette contamination mantellique et, en corollaire, de retrouver les teneurs premières en éléments majeurs et en éléments de transition (Ni et Cr) de la série des Causses Septentrionaux. L'étude des éléments fortement hygromagmaphiles montre que les trois séries magmatiques résultent de différents degrés de fusion partielle d'une même source initiale. Au-delà, les évolutions des trois séries sont différentes. La série du Bas-Languedoc correspond à un modèle d'évolution par fusion partielle progressive de 4 à 20%. Cette variation des degrés de fusion est corrélée dans l'espace et dans le temps : elle augmente depuis la zone de flexure de la faille des Cévennes vers 1,5 M. A. Jusqu'à Agde vers 0,7 M. A. Les séries de l’Escandorgue-Lodévois et des Causses Septentrionaux sont par contre plus conformes à un modèle d'évolution par cristallisation fractionnée. La série de l’Escandorgue-Lodévois est issue d'un plus faible degré de fusion variant dans des limites étroites aux environs de 10% que la série des Causses Septentrionaux où le degré de fusion est de 20%. Elle a subi une forte étape de cristallisation profonde (30%). La lave la moins évoluée correspond à 70% de liquide résiduel, la lave la plus évoluée à 45%. Les minéraux qui sont intervenus dans la différenciation sont successivement : l'olivine, la magnétite et le clinopyroxène. Quant à la série des Causses Septentrionaux, elle a subi une faible étape de cristallisation profonde (=14%). La lave la moins évoluée correspond à 86% de liquide résiduel et la lave la plus évoluée à 40%. Les minéraux qui interviennent dans cette différenciation sont successivement : l'olivine, le clinopyroxène et les minéraux opaques. La zone de flexure de la faille des Cévennes semble jouer un rôle capital dans la répartition des processus magmatiques. En effet, au sud (Bas-Languedoc), le processus dominant est celui de la fusion partielle progressive, engendrant un ensemble de liquides primaires variés. Au contraire, au nord (Causses du Nord), le processus dominant est celui du fractionnement minéral à partir de liquides primaires uniques issus d 1un taux de fusion fixé. La sous-province de l’Escandorgue-Lodévois, géographiquement intermédiaire, se montre également géo chimiquement intermédiaire avec d'une part, un taux de fusion variant dans des limites restreintes et d'autre part, un important fractionnement minéral.

Titre traduit

Relative importance of partial fusion and fractional cristallization in Causses volcanism (from Lot valley to Mediterranean sea)

Résumé

The synthesis of the geological, petrological and geochemical data allows the division of the great southern French "Massif Central" magmatic province in three magmatic sub-provinces the Northern Causses, the Escandorgue-Lodévois and the Bas-Languedoc provinces. These three sub-provinces correlate with different terms of a slightly differentiated fissural volcanism, set between 14 and 0,7 million years. The petrographic and chemical studies show, for the entire province: - preponderance of hawaiitic basalts upon basanites, - high proportion of xenocrysts (olivine, clinopyroxene, orthopyroxene, spinel) of mantellic source and high-pressure minerals (clinopyroxene) especially in the Northern Causses series. Estimation of the mantellic contamination has been possible thus leading to the identification of the prime content in major and transition elements (Ni and Co) of the Northern Causses series Study of highly hygromagmaphilic elements shows that the three magmatic series are the results of different degrees of partial fusion of a same source. But beyond this, the evolutions of the three series are different. The Bas-Languedoc serie correlates with a gradual partial fusion evolution pattern, from 4 to 20%. This variation of the degree of fusion is correlated in space and time. The degree fusion increases from the down bending fault of the Cévennes, at about 1,5 M. Y. , to the Agde region at 0,7 M. Y. The Escandorgue-Lodévois and Northern Causses series are more similar ta a fractional crystallization evolution pattern. The Escandorgue-Lodévois series is issuing from a lower fusion degree (varying in narrow limits from a 10% value) than the Northern Causses series where the fusion degree is 20%. It has gene though a considerable stage of deep crystallization (30%). The less evolved lavas having 70% of residual liquid and the more evolved lavas, 45%. The minerals which have interfered in this differentiation are olivine, magnetite and clinopyroxene. The Northern Causses has undergone a light stage of deep crystallization (=14%). The less evolved lavas corresponding ta B6% of residual liquid and the more evolved lavas, to 4%. The minerals interfering with this differentiation are succeedingly olivine, clinopyroxene and the opaque minerals. The downbending zone of the Cévennes fault seems to play an outstanding part in the distribution of the magmatic process. As a matter of fact, in the Bas-Languedoc (South of the province), the prevailing process is gradual partial fusion, giving birth to a set of various primary liquids. At the contrary, in the Northern Causses the prevailing process is mineral fractionation from a single primary liquid forming at a permanent fusion rate. The sub-province of Escandorgue-Lodévois is geographically and geochemically intermediate with, on one hand, a fusion rate varying in restricted limits and, on the other hand, an important mineral fractionation.