Etude expérimentale et théorique du mûrissement d'Ostwald dans les systèmes magmatiques

par Hugues Cabane

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre

Sous la direction de Ariel Provost et de Didier Laporte.

Soutenue en 2002

à Clermont-Ferrand 2 .

mots clés

• Magmatisme
• Péridots
• Basalte
• Plagioclases
• Andésite
• Quartz
• Pétrologie -- Granite
• Granulométrie
• Cristaux

Résumé

Lorsqu'une suspension de cristaux évolue à température constante, les gros cristaux croissent aux dépens des petits ce qui permet de minimiser l'énergie interfaciale du système. Ce phénomène, appelé mûrissement d'Ostwald, réduit le nombre de cristaux et augmente leur taille moyenne. Par ces effets, il pourrait jouer un rôle important dans la dynamique des processus magmatiques. La cinétique du mûrissement d'Ostwald dans 3 systèmes magmatiques fondamentaux -olivine/basalte, plagioclase/andésite et quartz/granite- a été étudiée à l'aide d'une double approche, expérimentale et théorique. L'expérimentation (800° C à 1420°C ; 1 à 10 puissance 4 bar ; 0. 3 à 1173 h) a permis de dégager des lois cinétiques de mûrissement pour les 3 systèmes étudiés. Ces lois et les distributions de tailles de grain mesurées dans les échantillons ne sont pas en accord avec les théories classiques du mûrissement d'Ostwald. Une étude théorique a été réalisée pour expliquer ce désaccord. Elle a permis de caractériser les lois de mûrissement lorsque le facteur limitant la cinétique est la croissance couche-par-couche à l'interface (par croissance spirale ou germination bidimentionnelle). En combinant les approches expérimentales et théoriques, on arrive aux résultats suivants : 1-pour le système olivine/basalte, la taille moyenne des cristaux augmente en racine cubique du temps, et la cinétique est contrôlée par la croissance spirale de l'olivine ; 2-pour les systèmes quartz/granite et plagioclase/andésite, la taille moyenne augmente en logarithme du temps et la cinétique est contrôlée par la germination bidimentionnelle à l'interface ; 3-le mûrissement d'Ostwald n'est efficace que pour les granulométries fines (~10µm pour le quartz et le plagioclase, jusqu'à 1mm pour l'olivine)

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