IV.1.1. Description des laves
Les échantillons que nous avons étudiés ici sont des roches volcaniques, subaériennes ou sous-marines, appartenant pour partie au Piton des Neiges et essentiellement au Piton de la Fournaise. Il s’agit de basaltes aphyriques, à olivine, à clinopyroxène, à plagioclase,
”cotectiques”, des hawaiites et des mugéarites. Une description rapide en est présentée ici.
Le verre magmatique des bordures figées des pillow lavas, les basaltes sous-marins du Groupe Sous-marin 2 PdF et les cristaux des Roches Pintades sont présentés plus dans le détail. La nature de chacun des échantillons est précisée en annexe.
a. Verres basaltiques
Une grande partie des échantillons marins sont des pillows lavas, reconnaissables par leur forme globale arrondie, les fractures anguleuses et radiales, avec un gradient croissant de vésicules en allant vers le bord où se trouvent éventuellement une bordure figée (Fig. IV.1), et un gradient croissant de cristallisation vers le cœur. Les bordures vitreuses font quelques millimètres, sont de couleur noire et contiennent peu de cristaux (Fig. IV.2).
Figure IV.1. Photographies de macro-échantillons de pillow lavas, présentant une fine bordure figée (de quelques millimètres), des vacuoles organisées de façon concentrique (perpendiculairement à la bordure figée) et un cœur légèrement plus cristallisé.
Figure IV.2. Bordure vitreuse de pillow lavas observée sous microscope en lumière polarisée non analysée. Echantillons ERO2 DR7-3, DR8-1, GSR2 DR11-46 et DR11-3.
b. Basalte aphyrique
Basalte à texture microlitique (Fig. IV.3), avec une mésostase qui contient essentiellement des plagioclases et des oxydes, mais aussi des clinopyroxènes et des olivines.
Ce type de roche a été échantillonné exclusivement en domaine subaérien.
Figure IV.3. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte aphyrique de la Fournaise. Echantillon PB3.
c. Basalte à olivine et océanite
Basalte porphyrique à phénocristaux d’olivine en proportion très variable de 5 % (Fig.
IV.4), à 10-15 % (Fig. IV.5) à plus de 30 % dans les océanites (Fig. IV.6). Les phénocristaux ont des tailles variables de 0,5-1 mm à 1-2 cm dans les océanites. La mésostase peut être vitreuse (pour les échantillons sous-marins ; Fig. IV.4 et 5) ou finement cristallisée (Fig.
IV.6), essentiellement avec des baguettes de plagioclases (partie subaérienne et sous-marine).
Figure IV.4. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte porphyrique à olivine de la Fournaise. Echantillon GSR2 DR11-36.
Figure IV.5. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte porphyrique à olivine de la Fournaise. Echantillon ERO2 DR8-1.
Figure IV.6. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’une océanite. Echantillon ERO2 DR1.
d. Basalte à clinopyroxène
Basalte porphyrique à phénocristaux essentiellement de clinopyroxène (5 à 10 %), mais également de plagioclase et d’olivine (5 %) (Fig. IV.7). Les tailles de cristaux sont de l’ordre du millimètre.
Figure IV.7. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte porphyrique à clinopyroxène. Echantillon GSR2 DR11-48.
e. Basalte cotectique
Le terme cotectique signifie que les trois phases (olivine, clinopyroxène et plagioclase) sont présentes dans la roche dans des proportions et des tailles équivalentes. Ici, il s’agit d’un basalte porphyrique à phénocristaux d’olivine (iddingsitisées), de clinopyroxène et de plagioclase, de taille pluri-millimétrique dans une matrice finement cristallisée et essentiellement constituée de microlites de plagioclase (Fig. IV.8). Ces basaltes cotectiques, à cristaux de grande taille, ont été exclusivement échantillonnés en domaine subaérien.
Figure IV.8. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte cotectique. Echantillon RR34.
f. Basalte à clinopyroxène et plagioclase (et olivine)
Basalte à phénocristaux essentiellement de clinopyroxène et plagioclase (10-15 % en volume), mais aussi d’olivine (5-10 % ; Fig. IV.9 à IV.14). Parfois les olivines sont aussi
nombreuses que les clinopyroxènes et plagioclases (Fig. IV.13), formant des agrégats de cristaux (Fig. IV.14). Dans ce cas, ces roches peuvent être qualifiées de basalte cotectique.
Les cristaux sont de taille millimétrique (plus petits que ceux en domaine subaérien) et répartis dans une matrice vitreuse, parfois vacuolaire. Ces échantillons exclusivement sous-marins ont été dragués sur la partie nord de la Rift-Zone Nord-Est de la Fournaise : ils forment le Groupe ”Sous-marin 2” du PdF. Ces échantillons sont rares pour l’île de La Réunion, nous présentons donc ici de nombreuses photos sous-microscope.
Figure IV.9. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte porphyrique à clinopyroxène et plagioclase. Echantillon ERO2 DR2-11.
Figure IV.10. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte porphyrique à clinopyroxène et plagioclase (et olivine).
Echantillon ERO2 DR2-7.
Figure IV.11. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte porphyrique à clinopyroxène et plagioclase (et olivine).
Echantillon ERO2 DR2-9.
Figure IV.12. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte porphyrique à clinopyroxène et plagioclase (et olivine).
Echantillon ERO2 DR2-12.
Figure IV.13. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte porphyrique à clinopyroxène et plagioclase (et olivine).
Echantillon ERO2 DR9-2.
Figure IV.14. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte porphyrique à clinopyroxène et plagioclase. Echantillon ERO2 DR9-2.
La présence en quantité importante de macrocristaux de clinopyroxène rend ces laves particulièrement atypiques parmi les basaltes du Piton de la Fournaise qui ont l’olivine comme phase macrocristaline majeure ; le clinopyroxène étant en faible quantité ou présent uniquement sous forme de microlites dans la mésostase. Cette différence de minéralogie peut être le reflet d’une composition chimique différente du liquide, plus riche en calcium ce qui favorise la cristallisation de clinopyroxène, ou d’une pression de cristallisation plus élevée (voir détails ci après).
g. Basalte à plagioclase et clinopyroxène (sans olivine)
Basalte à phénocristaux essentiellement de plagioclase (10 % en volume) et de clinopyroxène (Fig. IV.15 et IV.16). Les cristaux sont de tailles millimétriques et répartis dans une matrice vitreuse et vacuolaire. Ces échantillons sont exclusivement sous-marins et ont été dragués sur la Rift-Zone de l’Etang Salé : ils forment le Groupe Sous-marin du Piton des Neiges.
Figure IV.15. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte porphyrique à plagioclase et clinopyroxène. Echantillon ERO2 DR6-4.
Figure IV.16. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte porphyrique à plagioclase et clinopyroxène. Echantillon ERO2 DR6-3.
h. Hawaiite et mugéarite
Basalte à phénocristaux de plagioclases de quelques millimètres avec une mésostase à texture fluidale (Fig. IV.17 et IV.18). Il existe quelques rares cristaux de clinopyroxène et olivine. Ces roches sont exclusivement aériennes et constituent une partie de la Série Différenciée du Piton des Neiges.
Figure IV.17. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’une hawaiite. EchantillonPdN 4.
Figure IV.18. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’une mugéarite. EchantillonPdN 3.
i. Roches Pintades
Il s’agit de basalte porphyrique à phénocristaux plurimillimétriques de plagioclase (Fig. IV.19). Les cristaux de plagioclase représentent entre 20 et 30 % du volume de la roche.
Parfois des cristaux de clinopyroxène forment des agrégats avec les cristaux de plagioclase.
La matrice a une texture microlitique, avec des cristaux de plagioclase et quelques cristaux d’olivine et clinopyroxène.
Figure IV.19. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’un basalte porphyrique à plagioclase, qualifiée de Roche Pintade.
EchantillonRR30.
IV.1.2. Les caractéristiques des Roches Pintades a. Présentation des Roches Pintades
Le terme ”Roche Pintade” a été introduit pour les laves réunionnaises par Nativel (1978) pour désigner des faciès pétrographiques laviques particulièrement riches (20 à 60 % en volume) en cristaux plurimillimétriques de plagioclase ; ces minéraux blancs englobés dans une matrice grise donnent à ces roches un aspect macroscopique rappelant fortement le plumage de la pintade (Fig. IV.20). Il s’agit donc d’un terme purement descriptif sans connotation chimique ou génétique.
Les Roches Pintades sont présentes dans les séries différenciées du Piton des Neiges et du Piton de la Fournaise. Au Piton des Neiges, cette dénomination recouvre deux types de faciès (Kluska, 1997), contre un seul à la Fournaise. Pour le Piton des Neiges, les Roches Pintades marquent dans un premier temps la transition du magmatisme entre les stades
”océanitique” et ”différencié” (Roches Pintades basaltiques et hawaiitiques de 330 à 260 ka), et dans un deuxième temps, elles constituent les premières émissions de lave après une période de quiescence éruptive qui succède à la phase la plus explosive du Piton des Neiges (Roches Pintades hawaiitiques de 130 à 98 ka ; McDougall, 1971 ; Gillot et Nativel, 1982 ; Kieffer, 1990).
Pour le Piton de la Fournaise, seules des Roches Pintades basaltiques ont été retrouvées à l’affleurement. Elles appartiennent à l’unité de lave la plus ancienne attribuée jusqu’alors à la Fournaise (Gillot et al., 1990 ; Albarède et al., 1997 ; Merle et al., 2010).
Après avoir rapidement présenté les Roches Pintades hawaiitiques du Piton des Neiges, seules les Roches Pintades basaltiques, qui sont un faciès commun aux deux volcans, sont abordées ici.
b. Différences entre les Roches Pintades hawaiitiques et basaltiques
La distinction entre les Roches Pintades basaltiques et hawaiitiques est dans un premier temps basée sur leur composition en roche totale (Kluska, 1997), avec principalement une différence d’enrichissement en alcalin (supérieure ou inférieure à 5 % respectivement) et un appauvrissement en CaO et SiO2.
Cette distinction s’appuie également sur des caractéristiques pétrographiques. En macro échantillon, leur aspect général est très proche (Fig. IV.20) mais les analyses modales, la chimie des cristaux et les descriptions réalisées au microscope permettent de les distinguer (Tab. IV.1).
Figure IV.20. Photographie de macro-échantillons de Roches Pintades du Piton des Neiges.(a) Type hawaiitique, échantillon PdN 12. (b) Type basaltique, échantillon PdN 10.
Caractéristiques Roches Pintades
Tableau IV.1. Caractéristiques principales différenciant les Roches Pintades hawaiitiques et basaltiques.
Les principales différences pétrographiques entre ces deux types de roches concernent la proportion d’agrégats de cristaux de plagioclase contenus dans la roche et la morphologie des phénocristaux.
Les agrégats de cristaux de plagioclase sont d’autant plus présents que la teneur en silice de la roche augmente. A l’œil nu, ces agrégats ressemblent à des phénocristaux monocristallins, ce qui rend ce critère difficile à utiliser.
La seconde distinction importante est que les Roches Pintades hawaiitiques renferment des phénocristaux de morphologie complexe, des agrégats et des phénocristaux de plagioclase en baguette de morphologie simple (Fig. IV.21) alors que les Roches Pintades Basaltiques ont essentiellement des phénocristaux de morphologie complexe (Fig. IV.22 ; détails ci-après).
Figure IV.21. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’une Roche Pintade hawaiitique du Piton des Neiges. Echantillon PdN 12.
Figure IV.22. Photographies sous microscope en lumière polarisée non analysée (à gauche) et polarisée analysée (à droite) d’une Roche Pintade basaltique du Piton des Neiges. Echantillon PdN 16.
D’après nos observations macroscopiques et microscopiques, nous pensons que les Roches Pintades hawaiitiques sont des hawaiites à plagioclase dans lesquelles les cristaux de plagioclases s’organisent en agrégats à partir de plusieurs noyaux contenus dans une lave plus visqueuse que celle des pintades basaltiques. Cette augmentation de viscosité, liée à une plus forte teneur en SiO2, est confirmée par la texture microlitique fluidale de la matrice (Fig.
IV.21). Elles indiquent un changement de processus de cristallisation au cours de la différenciation magmatique, amorcé par les Roches Pintades basaltiques qui se poursuit avec les Roches Pintades hawaiitiques.
Les Roches Pintades hawaiitiques étant absentes à l’affleurement du Massif du Piton de la Fournaise, nous nous sommes attachés à l’étude des Roches Pintades basaltiques qui sont présentes dans les deux massifs. Nous détaillons, au chapitre VI, la morphologie des cristaux présents dans ces roches basaltiques, afin de comparer ces laves sur les deux édifices volcaniques de La Réunion et de tenter de préciser leur origine et leur signification dans le magmatisme de La Réunion.
c. Description des phénocristaux des Roches Pintades basaltiques
Les zonations et les macles étant incolores en lumière naturelle, nous montrons des microphotographies de phénocristaux réalisées en lumière polarisée et analysée (LPA), pour les observer.
Cette partie descriptive comprend des laves appartenant au Piton des Neiges et au Piton de la Fournaise, qui sont semblables en tout point. L’interprétation sur la formation de ces roches est dans le chapitre V.
• Forme externe des cristaux de plagioclase
Les cristaux peuvent avoir une forme externe automorphe (Fig. IV.23), xénomorphe (Fig. IV.24), ou encore être sous forme d’agrégats (constitués d’un ensemble de plagioclases ou de plagioclases et de clinopyroxènes ; Fig. IV.25).
La forme externe d’un cristal reflète ses conditions ultimes de cristallisation. S’il est automorphe, les conditions de croissance (pression, température, composition chimique…) sont favorables au système cristallin alors qu’une morphologie xénomorphe suggère une déstabilisation du système, ayant pu accélérer la croissance du cristal (lacunes de croissance) ou le résorber.
Figure IV.23. Monocristaux de plagioclases automorphes.
Figure IV.24. Monocristaux de plagioclases xénomorphes.
Figure IV.25. Agrégats de cristaux de plagioclases (à gauche) ou de plagioclases et clinopyroxènes (à droite).
Certains cristaux présentent des faces bien marquées et parallèles, et sont formées de sous-unités agencées en fractales (Fig. IV.26). Ces groupements de cristaux pourraient être interprétés comme l’agrégation de plusieurs cristaux, mais l’organisation rigoureusement
parallèle, selon les orientations cristallines laisse supposer qu’il s’agit d’un seul cristal qui croit de façon harrisitique comme cela a déjà été montré pour les cristaux d’olivine (Welsch, 2010) ; c'est-à-dire que le cristal a d’abord eu une texture dendritique avant d’acquérir de belles facettes externes et devenir automorphes. Cela suggère une accélération de la croissance du cristal avant de terminer par une période à l’équilibre.
Figure IV.26. Cristaux de plagioclases monocristallins de forme ”harrisitiques” (terme employé communément pour les olivines).
• Zonation chimique
Les plagioclases présentent souvent une zonation chimique, visible au microscope et confirmée par des analyses ponctuelles obtenues à la microsonde électronique (voir partie IV.2.2.). Elle peut séparer le cristal en un ”bord”, un ”manteau” et un ”cœur” et peut avoir une bordure franche et parallèle aux faces cristallines ou bien être irrégulière (Fig. IV.27).
Figure IV.27. Cristaux de plagioclases zonés, présentant un bord et un manteau avec une bordure en
”dentelle” (à gauche) et un bord, manteau et cœur avec une bordure franche (à droite).
Les zonations chimiques matérialisent une variation de l’environnement du cristal.
Nous développons les différentes hypothèses possibles dans la partie suivante.
• Inclusions
Les cristaux peuvent contenir des inclusions de verre ou bien de phases cristallines (Fig. IV.28). Elles sont allongées et parallèles aux faces cristallines ou sphériques, et forment des couronnes qui accentuent la visibilité de la zonation chimique (rendue visible en lumière naturelle ; Fig. IV.29).
Figure IV.28. Inclusions vitreuses de forme allongée (à gauche) et inclusions de petits cristaux de la matrice sur la bordure du cristal (à droite).
Figure IV.29. Inclusions vitreuses intracristallines, qui accentuent la zonation chimique du cristal. La photo de droite est un zoom en lumière analysée non polarisée de la photo de gauche en lumière analysée polarisée.
Des inclusions laissent supposer une croissance rapide du cristal (probablement pendant une déstabilisation du système (variation de la température et/ou de la pression,
composition du liquide magmatique…), qui entraine des anomalies dans la morphologie du cristal, piégeant ainsi son ”environnement” direct, qui peut être formé de liquide magmatique et/ou de microcristaux.
• Textures
Des cristaux présentent des bordures dentritiques et comportent de nombreuses lacunes dans leur structure (Fig. IV.30), qui sont comblées par la matrice environnante.
Figure IV.30. Cristaux à structure squelettique (à gauche) ou à bordure dendritique (à droite).
Comme précédemment, ces textures sont un signe de croissance rapide du cristal qui entraine des lacunes dans le système cristallin.
• Déformations
Quelques cristaux présentent de la déformation plastique (déformation du réseau cristallin ”continue”), visible de part et d’autre de petites craquelures ou en tournant la platine du microscope (Fig. IV.31).
Figure IV.31. Indices de déformation sur les phénocristaux de plagioclase : déformation ductile (à gauche) et extinction roulante (à droite).
Ces zones de faiblesse montrent que les cristaux ont subi des contraintes mécaniques importantes au cours de leur formation. Cette caractéristique couplée à la présence d’agrégats plagioclase/pyroxéne, a permis à Albarède et al., (1997) de proposer une origine xénolitique pour ces cristaux de plagioclase, arrachés à des fragments de gabbro.
d. Bilan
Nos observations précédentes montrent que les Roches Pintades basaltiques présentent des cristaux qui ont enregistrés une histoire complexe : convection solutale dans la chambre, déséquilibre chimique et/ou thermique du système…).