Calculs des rapports infiltration/diffusion

Nous avons vu dans le paragraphe précédent que la diffusion est le processus dominant pour expliquer les circulations de fluides entre les septa métacarbonatés et les roches intrusives. Ce processus de diffusion est seulement accompagné d’une légère infiltration de fluides magmatiques à l’intérieur des métacarbonates. L’objectif de ce paragraphe est de quantifier les rapports infiltration/diffusion afin de confirmer les conclusions précédemment émises.

3.1 Définition du nombre de Peclet

Dans chaque profil étudié, le rapport infiltration/diffusion a été calculé afin de vérifier la dominance des processus de diffusion entre les septa métacarbonatés et les roches granitiques.

Le nombre de Peclet (NPe) est une variable de transport sans dimension qui donne le rapport de l’infiltration sur la diffusion dans la phase fluide (Bear, 1972; Bowman and Willett, 1991;

Baumgartner and Valley, 2001). Le nombre de Peclet (NPe) se définit comme suit : NPe = υpL / D

υp correspond à la vélocité de pore du fluide (m.s^-1) et D correspond à la diffusion moléculaire dans la phase fluide (m².s^-1). L est une distance de transport (m) caractéristique du processus opérant. Dans le cas présent, L correspond à la longueur sur laquelle s’effectuent les altérations isotopiques entre les septa métacarbonatés et les granitoïdes. Le transport est dominé par des processus d’infiltration lorsque le nombre de Peclet est grand (NPe >>1) et par des processus de diffusion lorsque le nombre de Peclet est faible (NPe <1) (Gerdes et al., 1995; Baumgartner and Valley, 2001).

Figure 49. Schéma explicatif illustrant un profil isotopique en oxygène entre des roches carbonatées et des roches intrusives où apparaissent les différents paramètres nécessaires au calcul du nombre de Peclet. Pour plus d’informations, voir le texte.

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3.2 Le programme ISOfit

Le programme ISOfit, mis au point par L. Baumgartner (Université de Lausanne, Suisse), permet de relier les données isotopiques à une équation de transport à une dimension (1D).

L’équation est la suivante :

δ(i) = P3 * erf [ (x-P1) / (2* sqrt(P2)) ] + P4

avec δ(i) = signature isotopique de l’isotope i (ici O ou C) P1 = υp*t protolithes carbonaté et granitique, respectivement. Ces protolithes, suffisamment éloignés de la zone de contact pour ne pas être affectés par les processus liés au métamorphisme de contact, doivent présenter leurs rapports isotopiques initiaux sédimentaires et magmatiques, respectivement.

Le programme ISOfit, après calculs itératifs, donne une solution pour P1 = υp*t et P2 = D*t. Ceci permet alors de calculer le nombre de Peclet pour chaque profil étudié :

NPe = (υp*L) / D = (υp*t*L) / (D*t)

Les calculs ont été effectués sur chacun des trois profils en oxygène obtenus entre les septa métacarbonatés et les roches intrusives. Les résultats sont présentés dans le Tableau 6 et la Figure 50.

Les valeurs obtenues pour le nombre de Peclet sont comprises entre 4,6 ± 1,1 et 7,6 ± 1,7.

Ces valeurs, légèrement supérieures à 1, indiquent une forte influence des processus de

diffusion par rapport aux processus d’infiltration et ceci pour les trois profils étudiés. Les fronts isotopiques se situent tous du côté des métacarbonates indiquant une infiltration d’H2O magmatique au sein des septa. En comparant la distance de l’infiltration isotopique par rapport au contact à la distance sur laquelle s’opère l’altération isotopique en oxygène (L), on constate que les fronts isotopiques sont peu décalés au sein des septa indiquant là encore un rôle prépondérant des mécanismes de diffusion.

Profils P1 = υ*t P2 = D*t L (cm) Front isotopique (cm) N_Pe

Laurenti bas granite 5,72 ± 0,86 69,1 ± 14,5 70 6 5,8 ± 1,5

Laurenti bas granodiorite 76,4 ± 8,7 5210 ± 1000 520 78 7,6 ± 1,7

Laurenti haut granodiorite 54,8 ± 6,9 7130 ± 1430 600 53 4,6 ± 1,1

Tableau 6. Nombre de Peclet calculé pour chacun des trois profils en oxygène établis au niveau des zones de contact entre des septa métacarbonatés et des roches intrusives. Le front isotopique correspond à la distance sur laquelle s’opère une altération isotopique liée à un processus d’infiltration. Cette distance est calculée par rapport à la zone de contact.

Figure 50. Evolution des valeurs δ¹⁸O de la calcite des septa métacarbonatés et d’une calcite en équilibre avec les roches granitiques à 500°C pour les profils Laurenti bas granite (A), Laurenti bas granodiorite (B) et Laurenti haut granodiorite (C) (pour plus d’informations voir Figure 46B). La courbe, reliant les données, correspond à une solution de l’équation de transport à 1D du programme ISOfit, pour chacun des profils considérés.

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Le profil Laurenti bas granite, qui concerne le contact entre un septum et un filon granitique large de 75 cm, présente une altération isotopique moins étendue que celles observées sur les profils Laurenti bas granodiorite et Laurenti haut granodiorite, qui concernent des contacts entre des septa et des corps granodioritiques décamétriques. Ceci est à relier aux conclusions précédemment faites : le filon granitique (1) présente une température de mise en place plus faible et (2) libère une quantité de chaleur beaucoup plus faible en raison de sa faible extension.

4. Conclusions

L’étude des circulations fluides, par une approche des isotopes stables de l’oxygène et du carbone, met en évidence deux systèmes distincts au niveau des zones de contact entre des roches métacarbonatées et des roches d’origine magmatique au niveau du complexe de Quérigut. Le premier système, concernant les zones de contact entre l’encaissant métasédimentaire et des roches intrusives, révèle un système ouvert aux circulations de fluides extérieurs avec des valeurs δ¹⁸O tamponnées entre 13,5 et 14 ‰. Ces observations suggèrent l’infiltration et l’advection de fluides aqueux d’origine métamorphiques pauvres en CO2. Le deuxième système, concernant des zones de contact entre des septa métacarbonatés et des roches intrusives, révèle un système fermé aux arrivées de fluides extérieurs. L’évolution des valeurs δ¹³C et δ¹⁸O suit une évolution expliquée uniquement par des processus de décarbonatation. Les profils isotopiques en oxygène indiquent la prépondérance des processus de diffusion entre les deux réservoirs avec une légère infiltration localisée de fluides magmatiques au sein des septa (< 1m au contact).

Les zones de contact entre les septa métacarbonatés et les roches intrusives apparaissent donc simplifiées avec la présence de processus de diffusion entre ces deux réservoirs à géochimie contrastée. L’étude des transferts de matière va donc s’intéresser à ce système fermé à l’arrivée de fluide extérieur et donc de matière extérieure Tous les transferts de matière seront uniquement dus soit à des échanges entre ces deux réservoirs soit à des évolutions chimiques au sein de chaque réservoir en relation avec les conditions présentes lors de l’épisode de métamorphisme de contact.

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