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La pétrologie éruptive moderne (Tome 1)

De
248 pages
Cet ouvrage présente une synthèse de l'ensemble des connaissances essentielles acquises en pétrologie volcanique sur les deux dernières décennies. La première partie du tome 1 est réservée aux généralités concernant le volcanisme; la deuxième partie est consacrée au manteau terrestre, source universelle de tous les magmas basaltiques primitifs.
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Ismaïla Ngounouno
LA PÉTROLOGIE
ÉRUPTIVE MODERNE
Concepts et données du manteau de la Terre
Tome 1 LA PÉTROLOGIE
Les connaissances en sciences de la Terre ont progressé de façon ÉRUPTIVE MODERNE
exponentielle au cours des deux dernières décennies. Cet ouvrage
présente une synthèse de l’ensemble des connaissances essentielles
Concepts et données acquises en pétrologie volcanique durant cette période.
du manteau de la Terre
Le tome 1 comporte deux parties. La première est réservée aux généralités
concernant le volcanisme ; la deuxième est consacrée au manteau terrestre,
source universelle de tous les magmas basaltiques primitifs. Cependant, Tome 1
le manteau n’est pas homogène et ces divers magmas primitifs ont des
caractéristiques propres. Ils évolueront en outre diféremment selon le
contexte géodynamique dans lequel ils auront été engendrés.
Cet ouvrage s’adresse principalement aux étudiants en licence ou
master des sciences de la Terre, aux étudiants préparant les concours de
recrutement de l’enseignement secondaire (DIPES de sciences de la vie
et de la Terre), ainsi qu’aux professeurs de l’enseignement secondaire et
de l’enseignement supérieur. Il est également accessible aux étudiants de
doctorat en sciences de la Terre et de l’École de géologie et d’exploitation
minière (EGEM).
Ismaïla Ngounouno est professeur titulaire de classe exceptionnelle en
pétrologie-géochimie à l’université de Ngaoundéré (Cameroun). Ancien doyen
de la faculté des sciences (2003-2012), il est actuellement directeur de l’École
de géologie et d’exploitation minière (EGEM) de Meiganga (Cameroun) et
chef de département des mines et de la géologie dans ladite école.
Tome 1
Photographie de couverture de l’auteur :
Éruption du Mont Cameroun de 1999.
27,50 €
ISBN : 978-2-343-02045-7
format : 155x240, dos=14.6 mm00328_couv.indd 1 24/11/2013 13:55:47
LA PÉTROLOGIE ÉRUPTIVE MODERNE
Ismaïla Ngounouno
Concepts et données du manteau de la Terre






La pétrologie éruptive moderne
Tome 1





















Ismaïla Ngounouno








La pétrologie éruptive moderne
Concepts et données du manteau de la Terre
Tome 1









Avant-propos de Bernard Déruelle

























































© L’Harmattan, 2013
5-7, rue de l’Ecole-Polytechnique, 75005 Paris

http://www.harmattan.fr
diffusion.harmattan@wanadoo.fr
harmattan1@wanadoo.fr

ISBN : 978-2-343-02045-7
EAN : 978234302457
Table des abréviations
ACF : assimilation cristallisation fractionnée
AFM : A (alcalins = Na O + K O), F (fer = FeO + Fe O ) et M (magnésium 2 2 2 3
= MgO
BABI Basaltic achondrites best inititial
CD : météorite de Canyon Diablo
CDOB: Central Dinaric Ophiolite Belt
CHUR : chondrite uniform reservoir, réservoir de composition chondritique
Di-Fo-Py : diopside-forstérite-pyrope
DMM : "depleted end-member MORB-mantle component" ou pôle appauvri
du manteau
DSDP: Deep Sea Drilling Project
EM : "enriched" mantle : Composant mantellique enrichi (en Nd et Pb)
H = high
HIMU : manteau à rapport U/Pb élevé
HREE: Heavy Rare Earth Elements
IUGS: Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks
JOIDES: Joint Oceanographic Institutions Deep Earth Sounding
L = low
LChC : Ligne Chaude du Cameroun
LL = low-low
LREE: Light Rare Earth Elements
MARID : mica, amphibole, rutile, ilménite, diopside
Mg#: 100 x Mg/(Mg + Fe)
N-MORB
ODP: Ocean Drilling Project,
OIB: Ocean Island basalts
PDB: Peedee formation Belemnite
PEM: "Parametric Earth Model"
5
PREM: "Preliminary Reference Earth Model"
PREMA : prevalent mantle ou manteau le plus abondant
PUM: manteau supérieur primitif
QAPF: Quartz-Feldspath Alcalin-Plagioclase; Feldspathoïdes-Feldspath
Alcalin
SMOW: Standard Mean Ocean Water
TAS : Total Alkali-Silica, Somme des alcalins-silice

6
Avant-propos
L'Afrique est le lieu d'une activité volcanique qui, comme au Mont
Cameroun, a été rapportée, même parfois de façon anecdotique, depuis plus de
deux millénaires. L'Homme a toujours été attiré par les volcans actifs en dépit
de leur dangerosité imprévisible, et ceux-ci lui ont valu de subir de nombreuses
catastrophes. Les volcans actifs africains n'appartiennent pas aux zones de
subduction réputées pour leur dangerosité, telle le pourtour de l'Océan
Pacifique, mais certains volcans méditerranéens sont cependant liés à la
subduction qui résulte de l'affrontement des deux plaques africaine et
eurasienne. Les effets de l'activité volcanique sur l'Homme sont pour l'Afrique,
telle que la définissent les géographes et telle qu'elle apparaît sur les
planisphères, davantage des bienfaits que des méfaits. Les volcans africains
actifs sont essentiellement liés au fossé Est-Africain, sorte de dorsale océanique
naissante, et à des points chauds ou même à une ligne volcanique comme la
"Ligne chaude dite du Cameroun".
L'Afrique, berceau vraisemblable de l'Humanité, a vu naître, avant le
changement de millénaire fin 2000 de notre ère, des scientifiques, qui, tout
auréolés de diplômes mondialement reconnus, ont engagé un combat pour la
distribution de la connaissance scientifique sur leur continent. Le Professeur
Ismaïla Ngounouno est l'un d'entre eux. C'est le seul géologue africain ayant, à
ce jour, acquis une maturité qui lui a permis d'écrire un mémoire accessible à
tous les étudiants en sciences : La pétrologie éruptive moderne. Sans tomber
dans la vulgarisation, le livre de M. Ngounouno apporte, outre la synthèse de
travaux concernant essentiellement le Cameroun, une vision moderne de la
science en matière de pétrologie volcanique. Ce livre, fruit d'une recherche
menée de longue date tant sur le terrain qu'au laboratoire, apporte aux futurs
étudiants et à leurs aînés une base indispensable pour leur donner l'envie
d'entreprendre ou de continuer des études qui aboutiront à faire progresser la
connaissance de la géologie du Cameroun et de l'Afrique.
Dans ce livre, se trouve une synthèse de travaux récents sur le volcanisme de
la "Ligne Chaude du Cameroun". Elle reprend les acquis essentiels sur ce sujet :
âges, lithologies, données géochimiques, et leurs interprétations menant à une
source mantélique sublithosphérique. La genèse des divers types
pétrographiques est précisée à travers les rôles de la nature des sources
mantéliques, de la différenciation magmatique et de la contamination éventuelle
des magmas par la croûte continentale pour les laves les plus felsiques
(rhyolites). Des mélanges de magmas d'importance très limitée sont observés.
L’hypothèse des « lignes chaudes » dans le manteau, une adaptation ad hoc du
modèle des panaches mantelliques est présentée face à la problématique de la
"Ligne Chaude du Cameroun" (LChC).
7
Le livre de M. Ngounouno permet de comprendre aisément la dynamique et
le fonctionnement du système volcanique de la LChC et des régions
avoisinantes. Il permet de répondre aux questions posées sur la chimie du
manteau et ses processus de fusion partielle. Ce livre éclaire sur les processus de
formation des magmas dans ce type de contexte géodynamique. Son apport au
débat scientifique sur la genèse des magmas profonds est double : il concerne à
la fois des données précises sur la pétrologie et la chimie des laves, et sur la
source des magmas dans la lithosphère dans le cadre géodynamique des limites
océan-continent. Il permet de porter plus loin les réflexions quant aux causes de
la fracturation lithosphérique présente sous la LChC et sur le comportement de
l’asthénosphère. La vision classique de type point chaud étant remise en cause,
il reste à comprendre pourquoi la déformation et la fusion sont localisées le long
de la LChC, ce qui constitue un champ de recherche très ouvert. On retient donc
à la lecture du livre les résultats d’une recherche scientifique de haut niveau
ouvrant sur des perspectives enthousiasmantes.
Monsieur Ngounouno est incontestablement un chercheur actif et très
compétent dans ce domaine. Son livre s’inscrit dans une problématique très
débattue aujourd’hui sur l’origine des magmas en domaine continental et en
particulier dans le domaine de la transition continent-océan, comme est la marge
africaine de l'Océan Atlantique équatorial.
Le livre de Monsieur Ngounouno permet de cerner, au niveau international,
les connaissances sur la LChC. Alors que la théorie des points chauds est
actuellement parfois remise en cause, ce livre envisage un développement du
magmatisme, et en particulier du volcanisme, le long de fractures
lithosphériques majeures, que ce soit en domaine océanique ou continental.
Les travaux personnels de Monsieur Ngounouno dans la haute vallée de la
Bénoué, sur le plateau Kapsiki, aux environs de Ngaoundéré, sur le Mont
Cameroun, entre autres, sont d’un apport scientifique incontestable. Des
données nouvelles sur les âges des laves de la LChC, en particulier dans les
régions où les données étaient quasi absentes, la découverte des lamprophyres
alcalins (monchiquites et camptonites) qui renseignent sur l’origine des magmas
dans un contexte de fluidisation intense comme à l’aplomb de la limite
continent-océan, là où la fracturation lithosphérique est intense et a
indéniablement favorisé la montée de magmas d’origine sous-lithosphérique,
sont des acquis livrés par ce Livre.
Dès les années cinquante, grâce à des études de volcans basées sur les
descriptions des paysages et des produits volcaniques ou encore sur la géologie
régionale, des progrès importants ont été réalisés en Sciences de la Terre dans le
domaine de la pétrologie volcanique. C'est ainsi qu'une quantité de
connaissances nouvelles a été acquise à la suite d'études de terrain auparavant
rendues matériellement impossibles ou limitées à des tentatives de
8
reconnaissance, surtout grâce au développement exponentiel des moyens de
locomotion permettant des déplacements rapides et sûrs jusque dans les recoins
les plus isolés de la Terre. Plus récemment, des progrès décisifs résultant
essentiellement d'acquisitions de données nouvelles dues à la géochimie ont
permis de mieux cerner les réservoirs, sources des magmas primitifs et de
replacer le volcanisme dans le contexte géodynamique planétaire. S'appuyant
sur des techniques analytiques sans cesse plus performantes, ces progrès ont
abouti à une prolifération de modélisations théoriques qui, s'éloignant parfois
trop des objets, sont venues alors éclipser les fondamentaux.
Le Livre de M. Ngounouno présente une synthèse féconde des connaissances
actuelles sur le volcanisme de la Ligne Chaude du Cameroun et des régions
avoisinantes.

Bernard Déruelle

9
Présentation de l’ouvrage
Le Tome 1 de l’ouvrage comporte deux grandes parties.
La première est consacrée aux généralités et concepts de la pétrologie
volcanique. Elle permet de mieux appréhender les concepts actuels.
La deuxième partie (5 chapitres) traite du manteau terrestre. Les données
récentes concernant sa structure et sa nature reposent autant sur la géophysique
(sismique), la pétrographie expérimentale de haute pression et haute
température (conditions thermodynamiques de stabilité des phases minérales),
la géochimie (bilans de matière à l'échelle du globe, du système solaire et de son
cortège de météorites) que sur la pétrographie (études des péridotites des
massifs (péridotites alpines ou orogéniques), des péridotites océaniques et des
nodules de péridotites remontés en surface avec les laves).
Le Tome 2 de l’ouvrage est constitué de quatre grandes parties.
La première partie (7 chapitres) appréhende le volcanisme du Cameroun : la
"Ligne Chaude du Cameroun", un alignement N 30°E de massifs volcaniques
océaniques et continentaux depuis l'île de Pagalú (anciennement Annobon)
jusqu'au lac Tchad. La "Ligne Chaude du Cameroun" offre la particularité sur la
Terre d'être la seule entité magmatique (dans l'espace et dans le temps) édifiée
pour moitié en domaine océanique et pour moitié en domaine continental.
L'étude régionale des volcans de la Ligne Chaude du Cameroun est abordée.
L'autre région volcanique du Cameroun est abordée : l'Adamaoua. Les xénolites
ultramafiques et les autres types de volcanisme (lamprophyres) de la Ligne
Chaude du Cameroun sont examinés. Les sources de ce volcanisme sont situées
dans un manteau fertile infra-lithosphérique comme le prouve l'unicité des
basaltes de cette Ligne.
D'autres exemples de volcans alcalins (Réunion, Fangataufa) sont examinés.
Les deuxième et troisième parties (9 chapitres) ont pour objet l'étude d'autres
séries volcaniques fondamentales sur Terre. Ces séries volcaniques majeures
sont replacées dans le contexte de leurs domaines géodynamiques respectifs.
La plus répandue sur la Terre, mais cependant encore la moins décrite, la
série tholéïtique se met en place au niveau des dorsales océaniques. Son étude
est liée tout autant aux explorations sous-marines grâce aux submersibles
habités ou téléguidés qu'aux forages (hormis ceux liés aux explorations
pétrolières et limités aux séries sédimentaires) et, partant aux financements
colossaux, inévitablement internationaux, qu'exigent de telles entreprises.
La série andésitique, caractéristique des zones de subduction est abordée
uniquement en domaine continental (marge continentale active, exemple :
Andes). Les connaissances concernant cette série ne permettent pas encore de
trancher catégoriquement sur les sources des magmas primaires tant sont
11
nombreux les facteurs qui interviennent dans leur genèse au niveau des zones de
subduction (croûte océanique et manteau lithosphérique subductés, croûte
continentale, manteau lithosphérique et/ou asthénosphérique de la plaque sus-
jacente, sédiments de la fosse et de la plaque subductée…).
La quatrième et dernière partie (5 chapitres) s'intéresse aux autres types de
volcanisme (exemples du volcanisme basaltique du demi-graben crétacé de
Mayo Oulo-Léré, Nord Cameroun, du volcanisme de la région de Biden,
Adamaoua, et du plateau basaltique océanique d’Ontong Java, ainsi qu’aux
volcanismes des kimberlites, des carbonatites, des komatiites).
Cet ouvrage s'adresse principalement aux étudiants en licence, master des
sciences de la Terre, aux étudiants préparant les concours de recrutement de
l'enseignement secondaire (DIPES de sciences de la Vie et de la Terre) ainsi
qu'aux professeurs de l'enseignement secondaire et de l’enseignement supérieur.
Il est également accessible aux étudiants de Doctorat en Sciences de la Terre et
de l’Ecole de Géologie et d’Exploitation Minière (EGEM).
Remerciements
Bernard Déruelle, Professeur à l’Université Pierre et Marie Curie (Paris 6)
m’a suggéré la rédaction d’un livre pour répondre, d’une part, au besoin
d’établir un bilan des connaissances en pétrologie éruptive et, d’autre part, au
souci de puiser dans les approches nouvelles une illustration méthodologique. Je
lui exprime ici mes très vifs remerciements pour son soutien constant tout au
long de la préparation de cet ouvrage jusqu’à sa publication.
Cet ouvrage n’a pu être réalisé qu’en raison des facilités morales et de la
collaboration étroite que nous ont apportées de nombreuses personnalités du
Ministère de l’Enseignement Supérieur. Que les Professeurs Jacques Fame
Ndongo, Ministre de l’Enseignement Supérieur, et Paul Henri Amvam Zollo,
Recteur de l’Université de Ngaoundéré, reçoivent ici mes plus sincères et plus
vifs remerciements.
Je dois désormais au Professeur Bernard Déruelle le grand honneur de lui
succéder pour continuer l'étude du volcanisme cénozoïque du Cameroun. Je le
remercie de la confiance qu’il m’a accordée depuis plusieurs décennies et
tenterai de ne jamais le décevoir.
Un livre destiné à l’enseignement ne se conçoit pas, ne s’élabore pas, ne
s’écrit pas dans la solitude. Par leur aide matérielle, leurs conseils, leurs
encouragements, les discussions animées que nous avons eues ensemble,
beaucoup d’amis m’ont soutenu dans cette entreprise et je leur dois d’avoir pu
aller jusqu’au bout de ma tâche. Ils sont nombreux et je suis sûr d’en oublier si
je tente d’en dresser une liste. Je voudrais cependant remercier particulièrement
les collègues pétrographes et géochimistes qui ont bien voulu m’aider,
particulièrement à mes débuts, à élargir les horizons de la recherche scientifique
12
et à obtenir les nécessaires données analytiques à partir d'appareillages qui ne
sont pas disponibles au Cameroun: qu'ici soient remerciés les Professeurs
Daniel Demaiffe, Raymond Montigny et Daniel Ohnenstetter. Ils sont souvent
co-auteurs de mes articles. Les différents stages que j’ai réalisés en France et en
Belgique dans leurs laboratoires m’ont permis de me familiariser avec les
instruments, les méthodes de recherche qui ont été nécessaires à la maturation
de ce Livre.
Mes remerciements s’adressent également au Professeur Albert Jambon,
Directeur du Laboratoire de Magmatologie et Géochimie Inorganique et
Expérimentale de l’UPMC, pour m’avoir accueilli dans son Laboratoire lors de
mes multiples séjours à Paris. Les facilités qu’il m’a offertes, ses
encouragements, ses réflexions et ses critiques m’ont beaucoup aidé à murir le
projet du Livre.
Mes remerciements vont aussi à la Mission Française de Coopération et
d’Action Culturelle de l’Ambassade de France au Cameroun qui a participé
activement au financement de mes différents séjours en France, dans le cadre de
la réalisation de ma thèse de doctorat de l'UPMC de 1990 à 1993 (en tant que
boursier du Gouvernement Français), pour la préparation et présentation de mon
Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) en 2000, et lors de nombreux
séjours de recherche à Paris dans le cadre de la convention inter-universitaire
qui lie l’Université de Ngaoundéré et l’UPMC depuis 1995.
Mes remerciements s’adressent également à tous les membres de ma famille
pour leur soutien sans faille, à tous ceux qui ont participé à la mise en forme du
manuscrit, et à tous les amis et collègues pour leur collaboration efficace et leur
aide lors de la relecture des différents chapitres, et enfin à tous ceux qui ont
contribué de près ou de loin à la réalisation de l’objectif fixé.
La grande majorité des figures présentées dans cet ouvrage et signalées en
légende par un astérisque, ont été présentées lors d'enseignements dispensés
dans les Universités par le Professeur Bernard Déruelle tant au Cameroun qu'en
France. Il les a aimablement mises à ma disposition et je l'en remercie
sincèrement.
13
Table des matières


Table des abréviations .................................................................................................5
Avant-propos ...............................................................................................................7
Présentation de l'ouvrage ..........................................................................................11
PREMIÈRE PARTIE Généralités, Définitions ...................................................... 21
Chapitre 1 Généralités, définitions .................................................................... 23
1.1. Introduction ............................................................................................. 23
1.2. Différents types de magmas et de laves ................................................... 25
1.3. Différents types d’éruptions..................................................................... 26
1.4. Les roches volcaniques ............................................................................ 31
1.5. Les minéraux du volcanisme ................................................................... 33
1.6. Les plus grands volcans ........................................................................... 35
1.7. Principales catastrophes volcaniques ou très significatives ..................... 35
1.8. Les principaux volcans dangereux ........................................................... 36
1.9. Les risques ............................................................................................... 36
1.9.1. Les risques directs liés à l’éruption d’un volcan .............................. 37
1.9.1.1. Les coulées de lave ................................................................... 37
1.9.1.2. Les retombées de cendres et de gros blocs de laves ................. 38
1.9.1.3. Les émanations de gaz toxiques ............................................... 38
1.9.1.4. Les lahars ou coulées de boue d’origine volcanique ................ 38
1.9.1.5. Les éruptions phréato-magmatiques («hydro-explosions»)...... 39
1.9.1.6. Les nuées ardentes .................................................................... 39
1.9.2. Les risques indirects entraînés par une éruption .............................. 40
1.9.2.1. Les raz-de-marée ou "tsunamis" ............................................... 40
1.9.2.2. Les glissements de terrain ........................................................ 40
1.9.2.3. Les maladies ............................................................................. 41
1.9.2.4. Les famines .............................................................................. 41
Chapitre 2 Classifications, diagrammes de classification ................................. 43
2.1. Nomenclature ........................................................................................... 43
2.2. Notions d'association, de série, de suite magmatique .............................. 45
2.3. Classification des roches volcaniques ...................................................... 47
15
2.3.1. Classification basée sur la texture .................................................... 47
2.3.2. Classification basée sur les relations de terrain ................................ 48
2.3.3. Classificationr la composition minéralogique et modale ... 48
2.3.4. Classification TAS ........................................................................... 51
2.4. Diagrammes classiques ............................................................................ 55
2.4.1. Diagrammes de variation ................................................................. 55
2.4.2. Diagrammes géotectoniques discriminants ...................................... 58
2.5. Les diagrammes normalisés, expression de la signature géochimique .... 61
2.5.1. Eléments en traces 61
2.5.1.1. Notion de compatibilité et d'incompatibilité ............................ 62
2.5.1.2. Minéraux et éléments en traces ................................................ 62
2.5.1.3. Coefficient de distribution ........................................................ 67
2.5.1.4. L'intérêt des normalisations ...................................................... 72
2.5.1.5. Les diagrammes des terres rares ............................................... 75
2.5.1.6. Les diagrammes multiéléments ................................................ 77
DEUXIÈME PARTIE Le manteau, source de tous les magmas basaltiques ......... 79
Chapitre 1 L’approche du manteau .................................................................. 81
1.1. Introduction ............................................................................................. 81
1.2. Les contraintes de la géophysique ........................................................... 82
1.3. Les apports des météorites et les bilans terrestres .................................... 87
1.3.1. Les chondrites .................................................................................. 88
1.3.2. Les achondrites ................................................................................ 90
1.3.3. Les météorites ferreuses ................................................................... 90
1.3.4. Conclusions ...................................................................................... 90
1.4. Manteau supérieur et manteau inférieur .................................................. 92
1.4.1. Le manteau supérieur ....................................................................... 92
1.4.2. Le manteau inférieur ........................................................................ 97
Chapitre 2 L'hétérogénéité du manteau supérieur ............................................ 99
2.1. Le manteau fertile, le manteau appauvri .................................................. 99
2.1.1. Les données pétrographiques et minéralogiques .............................. 99
2.1.2. Les données des rapports isotopiques 100
2.1.3. Les données des éléments en traces ............................................... 105
2.1.4. Le modèle unificateur de Hofmann et White (1982) ..................... 107
16
2.1.5. Le paradoxe des isotopes du plomb ............................................... 108
2.2. Le manteau primitif ............................................................................... 108
Chapitre 3 La nature du manteau supérieur .................................................... 111
3.1. Introduction ........................................................................................... 111
3.2. Pétrographie du manteau ....................................................................... 112
3.2.1. Roches polyminérales .................................................................... 112
3.2.2. Roches biminérales ........................................................................ 114
3.2.3. Roches monominérales .................................................................. 114
3.2.4. Les péridotites des massifs (péridotites alpines ou orogéniques) ... 115
3.2.4.1. Les péridotites ophiolitiques .................................................. 115
3.2.4.2. Le de haute température ...................................... 115
3.3. Conclusions ........................................................................................... 116
3.4. Minéralogie du manteau supérieur ........................................................ 117
3.4.1. Les minéraux primaires .................................................................. 118
3.4.1.1. Olivine .................................................................................... 118
3.4.1.2. Pyroxène ................................................................................. 118
3.4.1.3. Les minéraux alumineux 121
3.4.2. Les minéraux métasomatiques et les mégacristaux ........................ 125
3.4.3. Les éléments natifs ......................................................................... 129
3.4.4. Autres minéraux ............................................................................. 131
3.5. Géochimie du manteau .......................................................................... 131
3.5.1. Eléments majeurs ........................................................................... 131
3.5.2. Eléments en traces 138
3.5.3. Les isotopes, indicateurs pétrogénétiques ...................................... 139
3.5.3.1. Généralités.............................................................................. 139
3.5.3.2. Isotopes radiogéniques ........................................................... 141
3.5.3.3. Isotopes stables ....................................................................... 157
3.6. Les données de la pétrologie expérimentale .......................................... 162

17
3.6.1. Le concept de pyrolite .................................................................... 162
3.6.2. De la pyrolite aux pyrolites ............................................................ 163
3.6.3. Les solidi de la pyrolite et la fusion partielle ................................. 166
3.6.4. Conclusion : l'évolution du concept de pyrolite ............................. 166
Chapitre 4 La genèse des magmas primaires .................................................. 169
4.1. Pétrologie des magmas primaires .......................................................... 169
4.2. Ségrégation et le déplacement des magmas primaires ........................... 170
4.3. Genèse des magmas primaires : fusion partielle du manteau supérieur . 171
4.3.1. Les diagrammes de phases ............................................................. 171
4.3.2. Les données expérimentales de la fusion partielle ......................... 173
4.3.3. Les résultats ................................................................................... 174
4.3.3.1. Fusion partielle à l’équilibre et fusion partielle fractionnée (ou de
Rayleigh) ............................................................................................. 174
4.3.3.2. Les conditions de la fusion partielle ....................................... 175
4.3.3.3. La fusion partielle d’une lherzolite et d’une pyrolite ............. 177
4.3.3.4. Comparaison entre fusion et cristallisation ............................ 179
4.4. Les magmas primaires ........................................................................... 180
4.5. Modélisation de la fusion partielle ......................................................... 185
Chapitre 5 Les processus qui modifient les magmas primitifs ........................ 197
5.1. La cristallisation .................................................................................... 197
5.2. La cristallisation fractionnée .................................................................. 198
5.3. La cristallisation à l’équilibre ................................................................ 201
5.4. Mécanismes physiques de la cristallisation fractionnée ......................... 206
5.4.1. Sédimentation gravitaire ................................................................ 206
5.4.2. Ségrégation de flux ........................................................................ 207
5.4.3. Filtre-Presse ................................................................................... 207
5.4.4. Fractionnement de liquides ............................................................ 207
5.4.5. La séparation des liquides immiscibles .......................................... 207
5.5. La contamination : le rôle des fluides ............................................... 210
5.6. L'assimilation de croûte continentale ................................................ 212
5.7. Les mélanges magmatiques .............................................................. 214
5.8. Un processus complexe : assimilation cristallisation fractionnée ..... 215
18
Bibliographie ........................................................................................................... 221
Index des auteurs cités ............................................................................................ 233
Index des notions..................................................................................................... 237


19





PREMIÈRE PARTIE

Généralités, Définitions



Chapitre 1

Généralités, définitions

1.1. Introduction
La Terre est née il y a 4,6 milliards d’années. Elle a une circonférence de 40
000 kilomètres, soit un rayon de 6 370 kilomètres.
L’intérieur de la Terre est constitué de couches concentriques : croûte,
manteau et noyau.
La croûte est la couche supérieure solide de la Terre. On distingue deux
formes de croûtes qui n’ont ni la même épaisseur, ni le même âge, ni la même
composition, ni la même structure : la croûte océanique et la croûte
continentale.
La croûte continentale couvre 41 % de la surface terrestre et représente
environ 0,3 % de la masse. Son épaisseur varie entre seize kilomètres dans la
croûte étirée très jeune de l’Afar (République de Djibouti) et soixante douze
kilomètres dans la zone orogénique du Tibet. L’épaisseur moyenne est donc de
8trente six kilomètres environ, ce qui pour une surface de 2,1 x 10 kilomètres
21carrés et une densité de 2,85 donne une masse continentale de 21,4 x 10
kilogrammes. Les socles à l’affleurement sont estimés à environ 25 % de la
surface du globe (61 % des continents). La croûte est subdivisée en trois
parties :
- la croûte superficielle (7,1 % de la masse des continents) formée de
roches sédimentaires et des roches volcaniques ;
- la croûte continentale supérieure épaisse d’une quinzaine de kilomètres,
est fragile c’est-à-dire qu’elle se déforme en se cassant si des forces lui sont
appliquées. Elle est constituée de roches plus ou moins déformées et
métamorphisées à une ou plusieurs reprises, ainsi que des granodiorites et
granites (densité 2,7) en intrusifs (grands laccolites et batholites). Entre quinze
kilomètres et environ vingt cinq kilomètres de profondeur, la vitesse moyenne
des ondes P passe progressivement de 6,3±0,3 kilomètres par seconde à 6,7±0,2
kilomètres par seconde. Ces vitesses et densités correspondent au faciès
amphibolite de basse pression (orthopyroxène et plagioclase).
- la croûte continentale inférieure, épaisse elle aussi d’une quinzaine de
kilomètres, est d’accès plus difficile, et par conséquent moins connue. Elle est
constituée de roches intrusives de composition variée (métabasaltes),
l’ensemble étant métamorphisé dans le faciès granulitique (grenat et
clinopyroxène et quartz).
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