Géochimie de l'arc du Vanuatu : évolution spatio-temporelle des édifices volcaniques et des sources mantelliques.

Geochemical study of the Vanuatu lavas

• Auteur / Autrice : Aurélien Beaumais
• Direction : Gilles Chazot, Hervé Bertrand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences marines
• Date : Soutenance le 05/07/2013
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géo-Océan (Plouzané, Finistère) - Domaines Océaniques
• Jury : Président / Présidente : Georges Boudon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Chazot, Hervé Bertrand, Georges Boudon, Delphine Bosch, Walter Roest, Antoine Bézos, Laure Dosso
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Georges Boudon, Delphine Bosch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vanuatu

Volcanisme

Mots clés libres

Arc du Vanuatu

Pacifique sud-ouest

Géochimie

Isotopes

Différenciation magmatique

Source mantellique

Composant de subduction

Vanuatu arc

SW Pacific

Geochemistry

Isotopes

Magmatic differentiation

Mantle source

Subduction component

Résumé

L’archipel volcanique actif du Vanuatu s’édifie au coeur du pacifique sud-ouest au niveau de la frontière convergente des plaques australienne et pacifique. Je présente ici une nouvelle étude géochimique des laves du Vanuatu à partir de la détermination des compositions en éléments majeurs et traces, et des compositions isotopiques (Sr-Nd-Hf-Pb) d’une centaine d’échantillons de laves (< 2 Ma).L’étude des magmas les plus primitifs a permis de mettre en évidence la variation de composition des sources mantelliques le long de l’arc et d’individualiser 3 segments : ''central'', dans la zone de collision de la ride D’Entrecasteaux, ''sud'' en face du bassin Nord Fidjien, et ''extrême sud'' en face du bassin Sud Fidjien. La composition des roches des différentes structures subductées influence celles des laves des volcans adjacents via le composant de subduction, sous forme de fluides et de produits de fusion. Les laves des îles situées en face de la ride D’Entrecasteaux sont issues d’un manteau enrichi (''type-MORB indien''), différent de celui échantillonné par les autres laves (''type-MORB pacifique''). Cette ride apporte probablement en subduction un composant ancien, pouvant être assimilé à un fragment de croûte inférieure.L’étude locale de certaines îles a permis de caractériser la différenciation des laves par cristallisation fractionnée, d’identifier des processus d’assimilation crustale, et de révéler la présence de magma provenant de portions de manteau distinctes, ayant subi un métasomatisme différent.Ces travaux révèlent une extrême hétérogénéité du manteau sous l’arc du Vanuatu, témoignant de la complexité des processus géologiques impliqués au niveau de cette zone de subduction.

The Vanuatu island arc is located in the SW Pacific at the convergent boundary between the Australian and Pacific plates. I present here a new geochemical study of the Vanuatu lavas based on major and trace element as well as isotopic (Sr-Nd-Hf-Pb) analyses of approximately one hundred lava samples (< 2 My).Examination of the most primitive magmas reveals the variation of the mantle source composition along the arc and demarcates three segments: a ''central'' segment in front the d’Entrecasteaux ridge, a ''south'' segment in front of the North Fiji Basin, and a ''far south'' segment in front of the South Fiji Basin. The composition of the different subducted basins highly influenced those of the adjacent volcanoes via mass transfer of aqueous fluid and melt subduction components. Lavas from islands facing the D'Entrecasteaux Ridge come from an enriched mantle (Indian MORB-like), distinct from that sampled at other islands (Pacific MORB-like). Additionally, this ridge likely carries with it an ancient component that may reflect entrainment of lower crust material.Localized study of some volcanic islands reveals processes related to the differentiation of lavas by fractional crystallization, processes related to crustal assimilation, and indicates the presence of magma coming from different portions of mantle with slightly different metasomatic histories.This body of work highlights extreme mantle heterogeneity under Vanuatu islands arc and testifies to the complex nature of its associated geological processes.