Résumé du projet de thèse
Les serpentinites, issues de l’hydratation du manteau, sont des roches ubiquistes présentes dans les domaines de subduction (indices géophysiques, géochimiques, modélisation, ophiolites…). De par leurs propriétés géochimiques et rhéologiques très particulières, les serpentinites contribuent à de très nombreux processus géodynamiques (découplage slab-manteau, exhumation des roches de HP et UHP, transport en profondeur d’éléments chimiques). La déshydratation des serpentinites, qui peut se produire entre 50 et 150 km selon le profil thermique local, est donc un événement majeur dans la dynamique des zones de subduction.
D’une part, cette réaction de déstabilisation va produire d’importantes quantités de fluides (serpentine = 13% eau), surtout lorsque les produits de déshydratation solides sont anhydres. Le transfert de ces fluides, par percolation dans des fractures, nécessite donc qu’une portion non négligeable de la déformation soit fragile. Et s’il y a déformation fragile, il y a potentiellement un lien avec la séismicité intermédiaire observée dans les domaines de subduction. Mais les mécanismes de déformation accompagnant cette production de fluides ne sont pas encore bien connus. Nous proposons donc d’étudier, à l’échelle des micro et nanostructures, les mécanismes à l’origine de la formation de ces fractures (changement de volume lors de la réaction, nucléation de nouvelles phases, localisation etc..) sur des échantillons naturels en cours de déshydratation et sur des échantillons déshydratés expérimentalement. Nous associerons également à ce travail une étude sur la cinétique de déshydratation des serpentinites, en nous intéressant en particulier au rôle du drainage des fluides sur cette cinétique. Ces résultats nous permettront entre autres de discuter du potentiel sismogénique de cette déshydratation, toujours débattu.
La seconde conséquence de la déstabilisation des serpentinites est le devenir des éléments chimiques qu’elles contiennent. En effet, les serpentines (minéraux constitutifs des serpentinites) sont parfois décrites comme des ‘éponges’ pouvant intégrer dans leur structure tout un cortège d’éléments, à commencer par l’eau. Lors que leur déstabilisation, une partie de ces éléments va être remobilisée par les fluides qui pourront, si les transferts sont efficaces, métasomatiser le manteau au dessus du slab et participer au volcanisme d’arc. Mais une autre partie de ces éléments vont pouvoir être transférés aux produits solides de déshydratation et donc être recyclés dans le manteau profond. Nous avons à notre disposition une plateforme expérimentale exceptionnelle à ISTerre dédiée à l’analyse géochimique des olivines (plateforme IMAP). Ainsi, nous pourrons étudier la composition de ces olivines naturelles ou produites expérimentalement et des inclusions fluides qu’elles ont pu piéger afin d’évaluer la contribution de la déserpentinisation aux grands flux géochimiques.
Corréler les microstructures expérimentales (souvent design-dépendantes) et les microstructures naturelles (trop complexes pour être facilement déconvoluées) est une approche qui semble particulièrement adaptée résoudre les divergences sur les hypothèses liées aux transferts géochimiques (fluides et éléments chimiques) ou encore à l’impact rhéologique de la déshydratation des serpentinites en domaine de subduction. Elle l’est également pour aborder les sauts d’échelle, indispendables pour repositionner la problématique à l’échelle du domaine de subduction.
Contexte
Ce projet de thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration assez large au sein du laboratoire. En effet, le terme ‘Serpentinites’ est un des axes forts développés au sein de l’équipe de minéralogie, et du laboratoire au sens large puisque plusieurs équipes s’intéressent à des thématiques associées (subduction, production d’hydrogène, origine de la vie…)
Précision sur l’encadrement
C’est une thèse en co-direction (Auzende 60/ Brunet 40) qui s’inscrit dans le cadre de l’ED STEP (suivi de formation). L’avancement sera suivi par des réunions régulière et la mise en place d’un comité de thèse annuel.
Pour plus d’informations et pour candidater:
https://adum.fr/as/ed/voirproposition.pl?langue=&site=edtue&matricule_prop=47288