Caractérisation du manteau supérieur patagonien: les enclaves ultramafiques et mafiques dans les laves alcalines Céline Dantas To cite this version: Céline Dantas. Caractérisation du manteau supérieur patagonien: les enclaves ultramafiques et mafiques dans les laves alcalines. Géochimie. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2007. Français. tel-00163376 HAL Id: tel-00163376 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00163376 Submitted on 17 Jul 2007 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. UNIVERSITE TOULOUSE III – PAUL SABATIER U.F.R Sciences et Vie de la Terre Laboratoire Dynamique Terrestre et Planétaire – UMR5562. THESE pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITE TOULOUSE III Discipline : Pétrologie-Géochimie Céline DANTAS le 11 Mai 2007 à l’Observatoire Midi-Pyrénées Caractérisation du manteau supérieur patagonien: les enclaves ultramafiques et mafiques dans les laves alcalines. devant le jury composé de : Michel Grégoire Directeur de thèse CR, LDTP, Toulouse Dmitri Ionov Rapporteur Pr., Université J. Monnet, Saint Etienne René Maury Rapporteur Pr., Université Bretagne Occidentale, Plouzané Jean-Yves Cottin Examinateur Pr., Université J. Monnet, Saint Etienne Michel Rabinowicz Président Pr., Université P. Sabatier, Toulouse Guillaume Delpech Examinateur Maître de conférence, Université Paris Sud XI Massimo Coltorti Examinateur Pr., Université de Ferrara « Ce mois passé en Patagonie [...] fut la grande aventure de sa vie. Peut être la plus mouvementée [...] mais la plus intense celle qui devait décider de toute son existence. [...] Et rien, ni personne, jusqu’à l’horizon vide, pour arrêter le regard. « Une impression de soulagement, d’évasion et d’absolue liberté » écrira-t-il plus tard – d’une telle intensité qu’il en sera marqué pour toujours. [...] Darwin, déjà, s’était étonné de la persistance obsédante, en lui, bien des années après son voyage, des paysages désolés de la Patagonie. [...] Comment expliquer que des étendues aussi mornes, grises, arides, puissent frapper à ce point l’imagination ? [...] l’absence d’accident laissant le champ libre à l’imagination. [...] Ce n’est pas l’effet de l’imagination, c’est que la nature, dans ces paysages désolés [...] nous émeut plus profondément que dans d’autres. [...] huanaco en sentinelle sur le sommet d’une colline, quelques nandous au plumage gris fuyant à son approche [...]. une pellicule grise de nuages s’étendait sur le ciel et un vent pénétrant soufflait, assez glacial. » William Henry Hudson (fin XIXème siècle). ...A Rosa Alves Varajão (1918-2006) et José Pinto Dantas (1913-2004) REMERCIEMENTS Au terme de cette fascinante expérience, tout d’abord, je souhaite exprimer ma gratitude à Armelle Barelli et à l’Union Européenne (Fond Social Européen), car sans leur aide et leur financement, ce travail n’aurait pas pu voir le jour. Je remercie infiniment mon directeur de thèse, Michel Grégoire. Je le remercie tout d’abord pour avoir cru en moi, pour m’avoir suivi dans cette aventure Patagonienne et Brésilienne, pour m’avoir guidé dans le monde de la science et transmis sa passion pour le manteau. Ma gratitude s’adresse aussi à Georges Ceuleneer et Mike Toplis, pour avoir été des interlocuteurs passionnés et attentionnés de chaque instant. Je remercie également l’ensemble des membres de mon jury de thèse pour leur participation à la soutenance et leurs commentaires constructifs et instructifs. « Eu quero agradecer o latino team, Norberto, Manuel e Edinei », qui m’ont accompagné durant ce périple de plus de 10 000 km en Patagonie, pour ces moments passés à traquer les roches vertes dans ces étendues arides parmi les huanacos, et ces nombreuses discussions en franco-portu-gnol. «Muito obrigada e muchas gracias ». Il m’est difficile de ne pas remercier Rommulo, c’est néanmoins chose faite. Je souhaite remercier toutes les personnes avec lesquelles j’ai pu collaborer pour mes travaux de recherche : Théo Ntaflos, Mireille Polvé, Thierry Sempéré, Sébastien Chevrot, Yves Lagabrielle, Felipe Espinoza, Guillaume Delpech. Je remercie également tous les membres du laboratoire de Dynamique Terrestre et Planétaire de Toulouse pour leur accueil chaleureux, depuis mon DEA, tout particulièrement Muriel qui a permis que chacune de mes missions dans le monde extérieur se déroule pour le mieux. Je remercie également les différentes équipes techniques du LMTG de Toulouse : Fabienne, Jean-François, Philippe, Thierry, Rémi, Fred, Sébastien et Caco, pour leur accueil chaleureux et leur disponibilité. Aux ami(e)s et aux collègues… Marie, Audrey, Tina, Lionel, Antoine, Frédérick, Sandrine, Seb, Xuxa, Jess, June, Christel, Sandra, Tiphaine, Ju, Harold, Paulina, Ana-Karina, Vinicius, Lydia, Gisela, Tatiana, David…et à la « ligue orthographe & grammaire française » (Maman, Marie, June’s maman, June, Brigitte et Christel)… « Obrigada, Merci, Thank you ». Ce dernier merci s’adresse à mes parents, mon frère et ma famille. Depuis toujours, ils sont de solides piliers qui me soutiennent et me suivent dans mes choix et mes différentes aventures au quatre coins du monde. Merci petit frère. Auteur : Céline DANTAS Titre : Caractérisation du manteau supérieur patagonien: les enclaves ultramafiques et mafiques dans les laves alcalines. Directeur de thèse : Michel GREGOIRE Lieu et date de soutenance : le 11 Mai 2007, Université Toulouse III, Observatoire Midi- Pyrénées Résumé : Mon travail de thèse s’est attaché à caractériser le manteau supérieur Patagonien à travers l’étude pétrologique et géochimique d’enclaves mantelliques échantillonnées par des basaltes alcalins mise en place au Cénozoïque en contexte d’arrière arc. Les enclaves du Nord de la Patagonie conservent d’importants stigmates de processus de fusion partielle alors que dans celles du Sud, les circulations de liquide ont oblitérées, partiellement voire totalement, les empreintes de fusion partielle. Finalement, cette étude permet de proposer que les liquides qui ont métasomatisés à grande échelle le manteau patagonien, principalement au Sud, sont essentiellement de type silicaté mafique d’affinité alcaline. Ces liquides sont certainement à relier aux différentes phases magmatiques associés à des processus de remontées asthénosphériques et non pas à des processus de déshydratation de slab. Mots clés : Enclaves ; manteau lithosphérique ; Patagonie ; arrière-arc ; péridotites ; pyroxénites ; métasomatisme ; éléments traces in situ. Discipline : Pétrologie-Géochimie Laboratoire de Dynamique Terrestre et Planétaire, CNRS UMR 5562, Observatoire Midi-Pyrénées, 14, avenue Edouard Belin, 31400 Toulouse. Table des Matières Avant Propos p. 1 Chapitre I: Introduction générale I- Le manteau terrestre p. 3 I-1. Géophysique vs Géochimie p. 6 I-2. Nature du manteau terrestre p. 9 I-3. Les textures p. 12 II- Processus pétrogénétiques dans le manteau p. 16 II-1. La fusion partielle p. 16 II.2. Métasomatisme p. 17 II.3. Origine des Pyroxénites p. 25 III- Migration des magmas et transports/réactions des xénolites p. 27 Chapitre II : Histoire géologique et géodynamique de la Patagonie (Argentine et Chili) I- Tectonique globale du Paléozoïque au Cénozoïque p. 31 I-1. Au Paléozoïque … p. 31 I-2. Au Mésozoïque … p. 34 I-3. Au Cénozoïque … p. 38 II- Magmatisme et Tectonique en Patagonie du Néogène à l’actuel p. 42 II-1. Patagonie du Nord (40°-46°S) p. 49 II-1.1. La province ignée de Somoncura p. 49 II-1.2. La Meseta de Canquel p. 52 II-2. Patagonie Centrale (46°S-49°S) p. 52 II-2.1. La Meseta Central p. 53 II-2.2. La Région Nord-Est p. 54 i II-3. Patagonie du Sud (49°S-52°S) p. 56 II-3.1. La Province Volcanique de Pali Aike p. 56 Chapitre III : Les laves hôtes I- Les basaltes alcalins des Plateaux arrière arc de Patagonie (40°S-52°S) p. 59 I-1. Pétrographie des basaltes p. 62 I-2. Géochimie des éléments majeurs p. 65 I-3. Géochimie des éléments traces p. 70 I-4. Géochimie isotopique (87Sr/86Sr et 143Nd/144Nd) p. 75 II- Conclusions de l’étude des laves hôtes p. 77 Chapitre IV : Xénolites mantelliques du Nord de la Patagonie (40°-46°S) I- Etat des connaissances p. 81 II- Etude pétrographique p. 84 II-1. Cerro Aznare (PM6) p. 84 II-2. Praguaniyeu (PM8). p. 87 II-3. Cerro Rio Chubut (PM10) p. 92 II-4. Cerro de Los Chenques (PM12). p. 97 II-5. Réactions/interactions entre les xénolites et les laves hôtes p. 101 II-6. Synthèse pétrographique p. 103 III- Compositions chimiques des phases minérales p. 104 III-1. Eléments majeurs p. 104 III-1.1. Olivine p. 104 III-1.2. Orthopyroxène p. 105 III-1.3. Clinopyroxène p. 109 III-1.4. Spinelle p. 114 III-1.5 Phlogopite p. 116 III-2. Eléments traces dans les minéraux (LA-ICP-MS) p. 116 III-2.1. Clinopyroxène p. 116 III-2.2 Phlogopite p. 124 ii IV- Discussion p. 125 IV-1. Histoire du manteau supérieur p. 125 IV-1.1. Les péridotites p. 125 IV-1.2. Nature et origine des pyroxénites p. 131 IV-1.3. L’enclave composite: l’orthopyroxénite p. 139 Chapitre V: Xénolites mantelliques de Patagonie Centrale (46°S-49°S). I- Etat des connaissances p. 141 II- Etude pétrographique p. 144 II-1. Cerro Clark (PM24) p. 144 II-2. Estancia El Cisne – Gobernador Gregores (PM23) p. 151 II-3. Synthèse pétrographique p. 173 III- Compositions chimiques des phases minérales p. 175 III-1. Eléments majeurs p. 175 III-1.1. Olivine p. 175 III-1.2. Orthopyroxène p. 176 III-1.3. Clinopyroxène p. 181 III-1.4.