Magmatisme d'arc et fusion partielle de la croûte mafique hydratée

Abstract

La croûte continentale, bien qu’alimentée par des magmas mantelliques de nature mafique, présente une composition moyenne andésitique résultant de processus complexes de différenciation au sein des arcs magmatiques. La croûte inférieure de ces arcs joue le rôle d ’une « éponge pétrochimique » capable de séquestrer des éléments chimiques clés, notamment les volatiles, et de moduler la composition des magmas ascendants par fusion partielle par déshydratation. Si de nombreux travaux expérimentaux ont exploré ce processus, la plupart reposent sur des compositions synthétiques dont la représentativité par rapport aux arcs naturels reste limitée. L’objectif de ce travail de Master est de caractériser la diversité minéralogique et géochimique des magmas produits par la fusion partielle de la croûte mafique hydratée, avec une attention particulière portée sur la séquestration et le transfert des éléments majeurs et des volatiles (H2O). Plus spécifiquement, il s’agit de contraindre les équilibres de phases et les transitions minéralogiques clés qui contrôlent la composition des liquides silicatés en fonction des conditions P–T représentatives de la croûte inférieure des arcs, afin de quantifier les flux chimiques verticaux associés à la remobilisation de l’éponge d’arc profonde. Pour répondre à ces objectifs, une série d’expériences a été conduite à l’aide d’un piston-cylindre en utilisant un gabbro naturel issu du complexe de Jijal (arc du Kohistan, Pakistan), soumis à des conditions de pression et de température de 10,8–14,4 kbar et 875–1000 °C avec 1 wt% H2O. Les produits ont été caractérisés par microsonde électronique (EPMA) et microscopie électronique à balayage (MEB). Les résultats montrent que la fusion partielle produit des liquides silicatés de composition dacitique à andésitique (SiO2 entre ~57,5 et 65 wt%), gouvernés par trois transitions minéralogiques successives : la disparition du quartz au-delà de 900 °C, la déstabilisation de l’amphibole à 925 °C et l’apparition du grenat au-delà de 10,8 kbar. La réaction péritectique associée génère des signatures géochimiques caractéristiques, notamment un pic en Na2O à 925 °C et un minimum de CaO à haute pression, tandis que les taux de fusion demeurent faibles (2–10 %) en raison de la nature partiellement déshydratée du protolithe. Ces résultats confirment le rôle de filtre géochimique de l’éponge d’arc. La déstabilisation de l’amphibole génère un flux ascendant de magmas felsiques enrichis en SiO2, Al2O3, Na2O et H2O, tandis qu’un résidu dense à grenat et clinopyroxène constitue une racine crustale susceptible de délaminer. La transition amphibole-grenat, contrainte entre 35 et 40 km de profondeur, marque le seuil à partir duquel les liquides acquièrent une signature potentiellement adakitique.