Estimation de l’amplitude des variations des concentrations en REE dans les laves émises par le réservoir

L’hypothèse majeure de l’article implique que les variations chimiques enregistrées par les laves échantillonnées le long de l’EPR entre 17° et 19°S sont représentatives de celles des laves émises en surface à partir d’un réservoir périodiquement réalimenté et que la variabilité géochimique est principalement acquise au sein du réservoir.

La représentativité d’un échantillonnage étant toujours incertaine, j’ai élargi la base de données chimiques disponible sur l’EPR entre 17° et 19°S en intégrant tous les MORB-N

(caractérisés par un rapport (La/Sm)N<1, N : normalisation aux chondrites ; Sun et

McDonough, 1989) échantillonnés à l’axe de l’EPR dont les teneurs en MgO et en Terres Rares (REE) étaient disponibles (compilation à partir de la base électronique de données PETDB ; Fig. B3-2a).

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Dans le diagramme TAS (Total Alkali-Silica), les laves sélectionnées couvrent les champs des basaltes et des andésites basaltiques (Fig. B3-2b ; Le Maitre et al., 1989). La restriction aux MORB-N permet de s’assurer que les hétérogénéités de source ou les

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variations des modalités de fusion partielle ont peu d’influence sur la variabilité géochimique observée dans les laves. De plus, la composition des laves devant refléter celle d’un liquide, j’ai écarté toutes les laves susceptibles d’avoir subi un processus d’accumulation minérale. Ainsi, les basaltes susceptibles d’être cumulatifs en olivine ont été identifiés par leurs valeurs élevées en MgO pour un Ce donné (MgO>10 % ; Fig. B3-2c).

Sur la Figure B3-2c, il apparaît également que les laves les plus différenciées (andésites basaltiques) sont minoritaires dans l’échantillonnage (Ce>30 ppm et MgO<5,0 %, 7 échantillons sur 197). La composition de ces laves pourrait donc refléter des processus de différenciation marginaux. Il a ainsi été proposé que les laves les plus évoluées échantillonnées en contexte d’accrétion océanique pourraient dériver : (i) de réservoirs magmatiques annexes ou des zones distales de la lentille magmatique (e.g. dacite ; Perfit et al., 1994 ; Stakes et al., 2006) ou (ii) de réservoirs éphémères, évoluant en système clos (Sinton et al., 1983 ; Juteau et al., 1995b ; Caroff et Fleutelot, 2003). Dans de tels cas, les compositions de ces laves évoluées ne reflètent pas les processus opérant au sein d’une chambre magmatique sub-axiale périodiquement réalimentée.

Quatre jeux de données ont été définis afin d’étudier la sensibilité des résultats aux concentrations minimum (C^REE_min) et maximum (C^REE_max) introduites dans les calculs. Dans un premier temps, les variations observées le long de l’EPR entre 17° et 19°S (Set 1) sont élargies aux laves non cumulatives les plus basiques échantillonnées sur toute la dorsale (MgO=9,0 %, Set 2). Puis, deux tests ont été réalisés à partir des laves échantillonnées à l’axe de l’EPR, l’un laissant de côté les laves les plus évoluées (5,0<MgO<9,0 %, Set 3) et l’autre avec le jeu complet de MORB-N non cumulatifs (2,5<MgO<9,0 %, Set 4). Même si, en l’absence d’une étude pétrogénétique complémentaire, la justification du dernier jeu de données reste discutable de part la signification des termes les plus évolués, son étude est

insérée ici afin d’estimer l’effet sur les résultats de l’introduction d’un C^REEmax élevé

traduisant l’amplitude importante des variations chimiques des laves.

La Planche B-A présente un extrait de la feuille de calcul que j’ai programmée sous Maple, en me basant sur les équations développées en Fig. B3-1 et en considérant les données chimiques du Set 4. Les différentes équations permettant de contraindre la composition du liquide de réalimentation et l’évolution temporelle du réservoir sont résolues à l’aide du logiciel mathématique Maple. Ce logiciel est un système de calcul formel, permettant dans un premier temps de manipuler les équations symboliquement (calcul exact) puis de les résoudre en substituant aux variables leurs valeurs numériques (calcul approché).

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Les résultats obtenus avec les quatre jeux de données sont présentés en Tableau B3-1 et en Figures B3-3 et B3-4.

Tableau B3-1. Effet d’une variation de C^REE sur les principaux résultats de la modélisation.

Echantillon Ce Nd Eu Dy Yb MgO β_moy αb

T^b τb ppm ppm ppm ppm ppm % (10⁴ an-1) (an) (an) Set 1 : EPR 17-19°S C^REE_min ND1-1 9,80 9,16 1,23 5,44 3,08 C^REEmax ND11-5 15,80 15,00 1,80 8,50 4,90 Ci^{REE a} 3,87 4,02 0,62 2,84 1,61 9,4 β 3,900 3,570 4,120 3,460 3,320 3,674 23 757 316

Set 2 : EPR 17-19°S élargi aux compositions basiques observées le long de l’EPR C^REE_min Naugarr004-011^b 3,55 4,10 0,66 3,12 1,86 9,0

C^REE_max ND11-5 15,80 15,00 1,80 8,50 4,90

Ci^{REE a} 1,65 2,04 0,37 1,78 1,06 9,9

β 1,095 1,225 1,449 1,430 1,490 1,338 46 1023 156

Set 3 : EPR, MgO=5,0-10,0 %

C^REEminNaugarr004-011^c 3,55 4,10 0,66 3,12 1,86 9,0

C^REEmaxMELPX2-047-003^d 28,00 23,30 2,25 11,10 6,55 5,3

Ci^{REE a} 1,74 2,10 0,38 1,82 1,08 9,9

β 0,671 0,803 1,130 1,050 1,060 0,925 53 1265 136

Set 4 : EPR, MgO=2,5-10,0 %

C^REE_minNaugarr004-011^c 3,55 4,10 0,66 3,12 1,86 9,0

C^REEmaxMELPX2-046-003^d57,7 47,7 4,26 20,80 12,00 2,5

Ci^REEa

1,77 2,05 0,39 1,85 1,10 9,9

β 0,260 0,310 0,510 0,450 0,475 0,401 61 2567 117 a

Ci^REE = teneur en REE dans le liquide de réalimentation, calculée par méthode inverse à partir de l’équation A.1, avec ω =1, re=0,4 et les coefficients de distribution D2^REE (Rannou et al., 2006). La teneur en MgO est calculée en positionnant Ci^Ce dans la régression linéaire Ce-MgO établie à partir d’une compilation de 186 MORB-N échantillonnés le long de l’EPR (MgO=5,0-10,0 % : Ci^MgO=(44,01-Ci^Ce)/4,26 ; Rannou et al., 2006). b Les paramètres α, T et τ sont calculés à partir des équations A.4 à A.7 (Fig. B3-1), avec qi=0,02 km³/20 km dorsale.an, re=0,4 et QA-QB=4,5 km³/20 km dorsale.

c

Niu et Batiza (1997), MORB-N échantillonné à l’axe de l’EPR vers 13,5°S. d

Regelous et al. (1999), MORB-N échantillonnés à l’axe de l’EPR vers 10,5°N.

Planche B-A. Exemple de feuille de calcul programmée sous le logiciel Maple afin d’illustrer le fonctionnement du logiciel et la procédure de résolution suivie lors de l’application du modèle à un site naturel. Maple est un système interprété : l’utilisateur introduit des lignes de commande, le système évalue ces commandes et propose des résultats (e.g. résolution, développement, simplification, représentation graphique des équations). Les zones de commande sont précédées du signe ">" et se terminent par le signe ";", afin que le logiciel fournisse une réponse dans une zone de sortie. Dans un premier temps, les équations sont traitées symboliquement : les paramètres sont désignés par des symboles sans qu’aucune valeur ne leur soit associée (variable non assignée). Dans un second temps, à chaque variable est affectée sa valeur (en utilisant les commandes ":=" ou "subs"), que le logiciel prend ensuite en compte dans les calculs. La fonction "restart" permet de réinitialiser toutes les variables de la feuille de calcul.

Les compositions chimiques introduites dans les calculs sont celles du Set 4. Les autres paramètres géologiques sont ceux utilisés par Rannou et al. (2006). La partie "approche géochimique" est ici développée pour le cérium mais elle est en réalité répétée pour toutes les Terres Rares. La nomenclature et les symboles utilisés sont légèrement modifiés d’après Rannou et al. (2006, leur Table 1) afin d’être acceptés en tant que variables par le logiciel.

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2.5 t 10.0 20 40 5.0 7.5 0.0

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2.2. Influence des concentrations introduites dans la modélisation sur les