c Les cumulats wehrlitiques

Les cumulats wehrlitiques sont des roches très proches des wehrlites à Cpx et Plg tardifs du point de vue de l’abondance des phases, du caractère tardif des Plg et de la morphologie poecilitique des Cpx. J’ai cependant décidé de faire une nouvelle catégorie afin de mettre en avant la texture particulière de ces cumulats.

Comme les wehrlites à Cpx et Plg tardifs (paragraphe II.2.b.3.2), ces roches ont des textures d’orthocumulat avec en phases cumulus des Ol et en phase post-cumulus des Cpx et des Plg. Cependant, dans ces lithologies, les Ol sont parfaitement arrondies et de taille relativement constante tandis que les Cpx et les Plg s’observent systématiquement en cristaux poecilitiques généralement de grande taille, entourant les Ol (fig.1.174a). Les cristaux poecilitiques de Cpx et de Plg sont toujours connectés entre eux par l’intermédiaire d’un contact franc et forment un réseau dans ces cumulats (fig.1.174a-b).

Figure 1.173 : Structure particulière observée dans l’échantillon 09HIL5C ZII. a) Lame mince montrant le grand cristal de Cpx et b) Détail de la structure en LPA. (Zone de 1,7 cm x 1,1 cm sur la lame). Bleu : amphibole, rouge : Opx.

Les Plg sont, encore une fois, totalement altérés en minéraux secondaires mais, contrairement aux échantillons précédents où on pouvait avoir un doute sur le caractère poecilitique de certains Plg, leur texture est ici non ambiguë (fig.1.175). La taille des grains varie beaucoup d’un cumulat à l’autre, celle des Ol s’échelonne de 1 mm à 4 mm tandis que les Plg et les Cpx ont des dimensions équivalentes comprises entre 2 mm et 1,3 cm (fig.1.175). Au sein d’un même cumulat les Cpx et les Plg ont généralement les mêmes caractéristiques pétrographiques (fig.1.175).

Figure 1.174 : a) Lame mince (hauteur ~ 3 cm) de l’échantillon 08WU2A montrant la texture d’un cumulat wehrlitique. b) Détail (carré en pointillés) d’un contact franc entre deux cristaux poecilitiques de Cpx et de Plg. (Photo en LPA.)

(a) (b)

Figure 1.175 : Cpx (haut) et Plg (bas) montrant les mêmes caractéristiques pétrographiques dans les cumulats wehrlitiques 08WU2A (a), 04OM38B (b) et 08WU3B (c). Noter les différences dans la taille et la morphologie des cristaux poecilitiques entre les échantillons : a) Cristaux de grande taille avec d’épaisses apophyses bien connectées, b) Cristaux de taille moyenne avec d’épaisses apophyses très bien connectées, c) Cristaux de très grande taille (une seule partie sur les photos) avec de fines apophyses mal connectées (connexion parfois absente). Remarquer le réseau formé par ces cristaux poecilitiques autour des Ol.

La texture de ces cumulats peut être interprétée de deux façons, soit comme la cristallisation in situ d’Ol suivie de la cristallisation du liquide intercumulus et/ou d’un liquide gabbroïque imprégnant la roche, soit comme l’accumulation mécanique d’Ol dans un liquide gabbroïque, ce dernier s’infiltrant alors entre les Ol et cristallisant pour donner les minéraux poecilitiques.

Les minéraux opaques observés dans ces cumulats sont des chromites (fig.1.176a), des magnétites (fig.1.176) et des sulfures de Fe (fig.1.176a). Lorsqu’elles sont présentent, les chromites sont automorphes avec des tailles comprises entre < 0,1 mm et 0,5 mm et s’observent souvent en inclusions dans les silicates (e.g. 08WU3B, 04OM38B, 08WU2A, fig.1.176a). Des magnétites et des sulfures, associés ou non à des chromites, s’observent, dans les échantillons plus altérés, en cristaux sub-automorphes ou xénomorphes de taille généralement < 0,5 mm (fig.1.176a-b). Certains échantillons présentent également, en plus des minéraux opaques, de rares spinelles alumineux en petits cristaux xénomorphes ( 0,1 mm) (fig.1.176c). On peut noter que les Cpx sont partiellement transformés en amphiboles secondaires dans certains cumulats (fig.1.176b-c).

Même si la taille des grains varie beaucoup d’un échantillon à l’autre, les proportions modales des phases dans ces cumulats wehrlitiques sont plutôt constantes avec de 55 % à 74 % d’Ol, de 10 % à 27 % de Plg, de 8 % à 20 % de Cpx et de 1 % à 5 % de minéraux opaques. Pour ces cumulats wehrlitiques, l’ordre de cristallisation est le suivant :

(Chr –) Ol + Chr – Cpx + Plg + Opq {Sp}

II.2.d. Les clinopyroxénites (s.l.)

Les clinopyroxénites sont des roches où les Cpx s’observent en cristaux cumulus et sont abondants. Lorsque les Ol, les Opx et les Plg sont présents, ils s’observent en phase post- cumulus et sont moins abondants que les Cpx. Il n’y a pas de « vraies » clinopyroxénites à Cpx cumulus seul parmi les échantillons récoltés. Les différents types de clinopyroxénites sont définis à partir de l’apparition de nouvelles phases (Ol, Opx, Plg) en plus des Cpx (± les minéraux opaques) dans les cumulats.

II.2.d.1. Les clinopyroxénites à Opx

Ce type de clinopyroxénite ne correspond qu’à une seule roche du massif de Sumail, l’échantillon 08MA89. Ce dernier a une texture d’adcumulat / mésocumulat avec des Cpx en

Figure 1.176 : Minéraux opaques et spinelles alumineux dans les cumulats wehrlitiques. a) Chromites automorphes et sulfures sub-automorphes dans l’échantillon 08WU2A, b) Magnétites xénomorphes dans l’échantillon 08WU3H2, c) Spinelle alumineux dans l’échantillon 08WU5B. Noter la présence d’amphiboles secondaires issues de l’altération du Cpx dans (b) et (c). Photos en LPNA.

phase cumulus et des Opx en phase post-cumulus. Cet échantillon a une texture à gros grains quasi pegmatitique.

Dans cette clinopyroxénite, la morphologie des Cpx est difficile à déterminer car ils présentent des limites chaotiques, non nettes, du fait de phénomènes particuliers : des interpénétrations entre cristaux de Cpx et des exsolutions de différents types. Les exsolutions peuvent se présenter sous forme de petites lamelles fines (< 1 mm) parallèles aux clivages des Cpx qui donnent un aspect tacheté au cristal hôte (fig.1.177a-b). Lorsque les exsolutions se développent un peu plus dans le cristal hôte elles prennent la forme de lamelles plus épaisses (fig.1.177c) ou de petits cristaux allongés (fig.1.177d) parallèles aux clivages. Dans ces deux cas les minéraux en exsolutions sont des Cpx et des Opx. Enfin, lorsque les exsolutions se développent beaucoup plus dans le cristal hôte, elles forment de grandes bandes voire de grandes plages (fig.1.177e). Dans ce dernier cas, le seul minéral en exsolution est le Cpx. On constate que lorsque des exsolutions de Cpx sont présentes dans le cristal hôte, elles sont toujours associées à des exsolutions d’Opx mais le cas inverse est rare (fig.1.177a-d-e).

Ces différents types d’exsolutions de Cpx sont souvent en étroite relation les uns avec les autres ; le développement de petites lamelles de Cpx dans le cristal hôte étant parfois directement liée à la présence de grandes bandes de Cpx dans ce dernier (fig.1.177 et 1.178). De plus, les exsolutions de Cpx, en particulier le dernier type, sont souvent en étroite relation avec les cristaux de Cpx adjacents, les bandes dans le cristal hôte ayant les mêmes teintes de polarisation que les cristaux voisins, ce qui donne l’impression de phénomènes d’interpénétration entre les cristaux (fig.1.178). Ces structures correspondent aux exsolutions et aux symplectites d’augites déjà observées dans les précédentes lithologies. Cependant, dans cette clinopyroxénite, ces structures sont particulièrement bien développées et visibles du fait de la présence de grands cristaux de Cpx.

Figure 1.177 : Différents types d’exsolution dans les Cpx de la clinopyroxénite à Opx : en lamelles fines, (a-b), en lamelles plus épaisses (c) ou en petits cristaux (d), en bandes et en grandes plages (= interpénétrations de plusieurs Cpx) (e). Sur les photos, les différentes couleurs d’écriture permettent de distinguer les exsolutions et les cristaux hôtes (a-b-c-d, noir : cristal hôte, rouge : exsolution de Cpx, jaune : exsolution d’Opx) ou les différents types de Cpx (e). Photos en LPA.

(c) (d) (e) (a) (b)

A partir de la forme des Cpx moins touchés par ces structures, on peut leur déterminer une morphologie sub-automorphe à xénomorphe (fig.1.179). De la même manière, on peut estimer la taille des grains, qui est ici comprise entre environ 1 mm et 1 cm (fig.1.179).

Dans certains Cpx, des Opx inclus se présentent en cristaux sub-automorphes de taille moyenne ( 0,5 mm) (fig.1.180) et semblent correspondre soit à des exsolutions plus développées, soit au piégeage des Opx en fin de cristallisation des minéraux hôtes. De part la morphologie de ces Opx, les structures particulières observées dans les Cpx et le développement important des exsolutions d'Opx dans cet échantillon (fig.1.177), il est cependant difficile de déterminer la nature de ces « inclusions ». Le Cpx est la phase la plus abondante de la roche avec une proportion estimée à 92,5 %.

Figure 1.178 : Photo en LPA de la clinopyroxénite 08MA89 montrant les relations entre les différents types d’exsolutions de Cpx (lamelles et bandes) et les relations entre les cristaux adjacents et les exsolutions. Différentes couleurs d’écriture = différents types de Cpx et, zone délimitée en bleue = bande d’exsolution (haut) liée aux lamelles d’exsolution (bas) et au cristal voisin (gauche).

Figure 1.179 : Morphologies sub- automorphes à xénomorphes de Cpx peu touchés par les phénomènes d’exsolutions et d’interpénétrations. Noter que ces Cpx sont légèrement altérés en amphiboles secondaires. Photo en LPA.

Figure 1.180 : Cristal sub-automorphe d’Opx inclus dans un Cpx. Photo en LPA.

Outre les exsolutions, les Opx se présentent majoritairement en cristaux xénomorphes interstitiels (fig.1.181a) voire poecilitiques (fig.181b), parfois de grande taille (0,2 – 3 mm), serpentant entre les Cpx et les englobant. Quelques cristaux, de taille variable (0,2 – 2 mm), présentent également des morphologies plus sub-automorphes et apparaissent souvent « coincés » entre les Cpx (fig.1.181c). Certains cristaux sub-automorphes possèdent de rares inclusions (i.e. cristal inclus) de Cpx (fig.1.181c).

Du fait de la grande abondance d’exsolutions dans cet échantillon, il est difficile de savoir si les plus petits cristaux d’Opx que l’on observe « coincés » entre les Cpx correspondent à des cristaux individuels ou à des exsolutions d’Opx ayant migrées en bordure des cristaux hôtes (fig.1.181d). Dans cet échantillon, la présence de rares cristaux sub- automorphes d’Opx et de possibles inclusions d’Opx dans le Cpx montre que l’Opx a commencé à se former en fin de cristallisation des Cpx. L’Opx représente environ 7 % du volume de la roche.

Les chromites et les sulfures de Fe, Ni et Cu sont les deux seuls minéraux opaques observés dans cet échantillon (fig.1.182). Ils sont généralement sub-automorphes et s’observent le plus souvent inclus dans les cristaux de Cpx (fig.1.182). Les minéraux opaques sont de petites tailles (0,1 – 0,2 mm) et sont peu abondants, représentant 0,5 % du volume de la roche.

Figure 1.181 : Caractéristiques pétrographique des Opx dans la clinopyroxénite à Opx : a) Cristal xénomorphe interstitiel, b) Cristal poecilitique, c) Cristal sub-automorphes, d) Exemple de cas ambiguë où il est difficile de déterminer la morphologie des Opx : cristaux interstitiels ou migration des exsolutions ? Photos en LPA (a-c-d) et en LPNA (b).

(a)

(b)

(c)

De part la morphologie des minéraux dans cet échantillon, on constate que le Cpx est la phase la plus précoce et que l’Opx ne cristallise pas très tardivement par rapport à ce dernier. On peut donc noter, par la morphologie plus sub-automorphe de certains Opx, que cette clinopyroxénite est relativement proche d’une webstérite. L’ordre de cristallisation qui peut être établi pour cette clinopyroxénite à Opx est le suivant :

(Opq –) Cpx + Opq (+ Opx) – Opxx

II.2.d.2. Les clinopyroxénites à Plg et Opx

Cette lithologie n’est représentée que par un échantillon du massif de Bahla qui correspond à un lit d’une épaisseur de 2 - 3 mm (09BA13H ZIII). Cet échantillon a une texture de mésocumulat avec en phase cumulus du Cpx et en phases post-cumulus de l’Opx et du Plg.

Les Cpx sont généralement sub-automorphes et maclés (fig.1.183a). La plupart du temps, ils semblent déstabilisés et présentent une morphologie assez particulière. En effet, on observe des Cpx xénomorphes ou sub-automorphes avec des surfaces corrodées dans lesquels « s’injectent » d’autres Cpx souvent xénomorphes (fig.1.183b-c).

Associées à ces morphologies, on observe très souvent dans les Cpx des exsolutions de Cpx et/ou d’Opx qui suivent généralement les clivages du cristal hôte (fig.1.183b-c). Certaines de ces structures font penser, comme précédemment, aux interpénétrations de

Figure 1.182 : Morphologie sub- automorphe des chromites et des sulfures dans la clinopyroxénite à Opx. Photo en LPNA.

Figure 1.183 : Morphologies des Cpx dans la clinopyroxénite à Plg et Opx : a) Morphologies sub- automorphes « primaires » (i.e. cristaux non corrodés), b-c) Phénomènes de corrosion et d’interpénétration de cristaux entre un cristal sub-automorphe et des cristaux xénomorphes (b) et, entre un cristal xénomorphe et d’autres cristaux également xénomorphes (c). Noter la présence de cristaux d’Opx en exsolutions et en inclusions (i.e. cristaux inclus) dans les Cpx et, coincés entre les différents types de Cpx. Différentes couleurs d’écriture = différents types de Cpx. Photos en LPA.

cristaux et aux symplectites d’augites qui se développent en condition sub-solidus/tardi- magmatiques. Cependant le caractère corrodé de certains cristaux et les interpénétrations de cristaux pourraient également s’expliquer par la cristallisation de Cpx « primaires » puis leur

dissolution par un liquide de même composition formant des Cpx « secondaires »

xénomorphes. Pour expliquer l’ensemble des observations, on peut penser que ces deux phénomènes ont lieu conjointement. Dans tout les cas, les Cpx sont des minéraux précoces. Du fait de cette morphologie complexe, la taille des grains de Cpx est difficile à déterminer mais elle semble assez constante et on peut l’estimer à 1 mm en moyenne (fig.1.183a-b). Dans cet échantillon le Cpx est majoritaire et constitue 90 % du volume de la roche.

Les Plg et les Opx présentent les mêmes morphologies. Ils sont interstitiels et se développent entre les cristaux de Cpx (fig.1.184). Ces minéraux sont relativement petits, l’Opx faisant généralement 0,1 mm et le Plg ayant une taille < 1 mm (fig.1.184).

Les Opx s’observent également « coincés » entre les deux types de Cpx (i.e. xénomorphes et/ou sub-automorphes) (fig.1.183b-c). Dans ce cas, ils peuvent correspondre à des cristaux interstitiels et/ou refléter la migration des exsolutions. Enfin, on trouve également des Opx en inclusion (i.e. cristaux inclus) dans les Cpx (fig.1.183b-c). Ces inclusions peuvent correspondre soit à des exsolutions, soit à des cristaux d’Opx piégés dans le cristal hôte lors de la cristallisation des Cpx. Au vu de ses relations avec les Cpx, l’Opx cristalliserait en même temps que la deuxième génération de Cpx (i.e. Cpx « secondaires ») si on considère deux épisodes de cristallisation des Cpx. Le Plg représente 8,5 % du volume de la roche tandis que l’Opx est beaucoup moins abondant et ne représente que 1,5 % du volume.

A partir des relations texturales entre les différentes phases minérales, on peut établir pour cette clinopyroxénite à Plg et Opx, la séquence de cristallisation suivante :

Cpx – Cpx (+ Opx) – Opx + Plgg

II.2.d.3. Les clinopyroxénites à Ol (s.l.)

II.2.d.3.1. Les clinopyroxénites à Ol (s.s.)

Ces roches sont peu abondantes et ne correspondent qu’à deux échantillons (04OM40B Z2 et 08BA3C). Elles montrent des textures de mésocumulat et d’orthocumulat avec des Cpx en phase cumulus et des Ol en phase post-cumulus.

Figure 1.184 : Morphologies interstitielles des Plg (a) et des Opx (b) dans la clinopyroxénite à Plg et Opx. Le tracé en rouge délimite un seul et même cristal de Plg et celui en noir, les petits cristaux d’Opx. Photos en LPNA (a) et en LPA (b).

En général, les Cpx présentent des morphologies sub-automorphes et sont souvent maclés (fig.1.185a). Certains Cpx apparaissent plus xénomorphes soit parce qu’ils ont des « apophyses » (fig.1.185b), soit parce qu’ils présentent des sortes de golfes de corrosion remplis par les Ol (fig.1.185c et 1.186).

De gros cristaux arrondis d’Ol sont parfois inclus dans les Cpx (fig.1.186). Cependant, au vu du caractère tardif des Ol dans ces échantillons et de la ressemblance de ces « inclusions » avec les golfes de corrosion, il semble que ces cristaux d’Ol correspondent plutôt à des golfes qu’à de vraies inclusions (i.e. cristaux piégés lors de la formation du Cpx) (fig.1.186). C'est-à-dire que soit ces cristaux inclus sont des golfes refermés indiquant que la formation des Ol a eu lieu en fin de cristallisation des Cpx, soit ce sont des golfes qui apparaissent sous forme d’inclusion, ce qui serait un artefact lié au plan de coupe de la lame mince (fig.1.186).

Les Cpx sont généralement de grande taille (1 à 4 mm) et ne présentent que rarement des exsolutions ou des interpénétrations de cristaux. Le Cpx est la phase la plus abondante dans ces clinopyroxénites (60 % à 80 % du volume de la roche).

L’Ol est souvent très serpentinisée ce qui n’empêche cependant pas de déterminer sa morphologie (fig.1.187). En effet, la serpentine qui « s’infiltre » entre les Cpx témoigne d’une morphologie interstitielle, ce qui est confirmé par les quelques reliques d’Ol (fig.1.185b et 1.187b).

Figure 1.186 : Détail sur les golfes de corrosion dans l’échantillon 04MA40B ZII. Noter la présence de deux types de golfes : ouvert et partiellement fermé. Les deux types de golfes et les inclusions pourraient refléter les différentes étapes de la fermeture des golfes lors de la cristallisation des Cpx.

Figure 1.185 : Morphologies des Cpx dans les clinopyroxénites à Ol : a) Cristaux sub-automorphes dans l’échantillon 04OM40B ZII et b-c) Cristaux plus xénomorphes avec des apophyses (b) ou des golfes de corrosion (c) dans l’échantillon 08BA3C (Sur la photo (c), les tracés noirs délimitent les Cpx présentant des golfes de corrosion). Noter que l’échantillon 08BA3C (b-c) possède également des Cpx sub-automorphes. Photos en LPA (a) et en LPNA (b-c).

Du fait du degré de serpentinisation, la taille des grains d’Ol n’est pas déterminable mais ces dernières apparaissent généralement plus petites que les Cpx (fig.1.187a). Les Ol sont relativement abondantes dans ces échantillons avec des proportions comprises entre 20 % et 38 %. Elles s’organisent différemment dans les échantillons selon leur abondance : lorsqu’elles sont peu nombreuses, elles s’observent généralement aux joints des grains de Cpx (fig.1.187a) et lorsqu’elles sont abondantes, elles forment de grandes « plages » interstitielles entre ces derniers (fig.1.187b).

Les seuls minéraux opaques observés dans ces clinopyroxénites sont des chromites (fig.1.188). Elles sont automorphes à sub-automorphes et s’observent généralement en position interstitielle entre les silicates mais rarement incluses dans ces derniers (fig.1.188). Les chromites sont généralement de petite taille (< 2 mm) et peu abondantes (< 2 %).

Les relations observées entre les minéraux dans ces clinopyroxénites à Ol (s.s.) permettent de déterminer l’ordre de cristallisation suivant :

Cpx + Chr (+ Ol) – Ol + Chrr

II.2.d.3.2. Les clinopyroxénites à Ol et Opx Figure 1.188 : Morphologies sub-

automorphes des chromites dans l’échantillon 08BA3C. Noter la très faible taille de grains de ces minéraux. Photo en LPNA.

Figure 1.187 : Morphologies interstitielles des Ol serpentinisées dans les clinopyroxénites 4OM40B ZII (a) et 08BA3C (b). Les Ol moins nombreuses dans (a) (~ 20 %) forment des « poches» aux joints des grains de Cpx et les Ol plus nombreuses dans (b) (~ 38 %) forment de grandes « plages» serpentant entre les Cpx. Photos en LPNA.

Ces clinopyroxénites ont des textures de mésocumulat et d’orthocumulat avec en phase cumulus du Cpx et en phases post-cumulus de l’Ol et de l’Opx. Ces roches présentent généralement une texture à gros grains voire quasi pegmatitique pour certaines clinopyroxénites (08MA90).

Les Cpx sont en majorité sub-automorphes, quelquefois maclés, et apparaissent parfois en cristaux xénomorphes voire interstitiels (fig.1.189). Ces différentes morphologies s’observent toujours au sein d’un même échantillon (fig.1.189).

Dans la plupart des échantillons, les Cpx montrent des interpénétrations de cristaux et des exsolutions de Cpx et/ou d’Opx, qui sont plus ou moins importantes dans les différents échantillons (fig.1.190 et 1.191). C’est souvent ces structures qui donnent un caractère plus interstitiel aux Cpx (fig.1.191a). Les exsolutions d’Opx s’observent essentiellement dans les échantillons 04OM39D et 08MA90 (fig.1.190). Ces exsolutions apparaissent comme de très fines lamelles parallèles aux clivages du cristal hôte (< 0,1 mm) qui donnent un aspect tacheté aux Cpx (04OM39D, fig.1.190a), et/ou comme de grandes lamelles épaisses qui s’individualisent parfois en petits cristaux allongés (08MA90, fig.1.190b).

Les exsolutions de Cpx sont, quant à elles, omniprésentes dans ces clinopyroxénites (fig.1.191). Elles apparaissent comme de grandes lamelles ou de grandes « plages » qui se

Figure 1.189 : Morphologies sub- automorphes à xénomorphes des Cpx dans la clinopyroxénite à Ol et Opx 08BA3B. Noter la présence de Cpx maclés. Photo en LPA.

Figure 1.190 : Exsolutions d’Opx dans les Cpx sous forme de fines lamelles dans l’échantillon 04OM39D (a) et de grandes lamelles ou petits cristaux dans l’échantillon 08MA90 (b). Photos en LPA. (La teinte de polarisation anormale des pyroxènes dans (a) est liée à une épaisseur de lame mince > 30 m.)

développent parallèlement aux clivages des Cpx hôtes et qui sont souvent associées aux cristaux adjacents (symplectites d’augites) (fig.1.191).

La taille de grains des Cpx varie beaucoup d’un échantillon à l’autre et au sein d’un même échantillon allant de 1 mm à 7 mm (3 mm en moyenne). Dans certains échantillons (08MA82B et 08MA83), les Cpx montrent des extinctions roulantes et du bending témoignant de phénomène de déformation (fig.1.192). Le Cpx est la phase la plus abondante dans ces échantillons, représentant de 70 % à 84,5 % du volume des roches.

Les Ol s’observent généralement en cristaux interstitiels se développant entre les Cpx (fig.1.193a-b). Certaines d’entre elles présentent parfois des morphologies sub-automorphes témoignant de leur cristallisation dans de grandes « poches » de liquide interstitiel (comme les Plg dans les dunites, cf. paragraphe II.2.a.2) (fig.1.193c).

Figure 1.192 : Cpx présentant du bending et une extinction roulante témoignant d’une déformation intracristalline dans l’échantillon 08MA82B. Photo en LPA.

Figure 1.191 : Interpénétrations de cristaux et exsolutions de Cpx sous forme de grandes lamelles