Modélisation des éléments traces

Les concentrations en éléments majeurs permettent d’identifier ces liquides ULC comme suffisamment primitifs (≥8% MgO) pour pouvoir considérer comme négligeables les effets de cristallisation de l’olivine dans les liquides basaltiques les plus influencés par ULC. Les basaltes ULC ont des profils de TR particulièrement atypiques pour des ba-saltes océaniques : convexes, appauvris aussi bien en TR légères qu’en TR lourdes, et l’Eu dessinant une nette anomalie positive, également associée (si on étend ce spectre à plus d’éléments) à des enrichissements en Ba, Sr, et des appauvrissements en U et Th.

Ces échantillons présentent également des abondances en éléments incompatibles plus faibles que les basaltes issus de la fusion partielle du manteau ambiant. Le fait que ces ba-saltes présentent des rapports si bas ((La/Sm)_N=0.6) et soient également appauvris de manière générale suggère que la source était déjà probablement appauvrie puis soumise à un fort taux de fusion partielle. Les anomalies observées et l’allure générale du spectre rappellent fortement celle des gabbros (Allan et al., 1996 ; Hart et al., 1999 ; Coogan et al., 2001 ; Perk et al., 2007 ; Fukuda et al., 2008 ; Godard et al., 2009 ; Malaviarachchi et al., 2010) ou encore celle de certains clinopyroxènes et clinopyroxénites (Downes et al., 1991 ; Garrido et Bodinier, 1999 ; Downes, 2007).

L’utilisation des concentrations en éléments traces de ce type de basalte pour remon-ter directement à la composition de leur source, en inversant la fusion partielle, risque de s’avérer problématique en raison des effets de mélanges entre ULC et AM dans les conduits magmatiques. Il est toutefois possible de contourner cette difficulté en prenant le problème différemment. Nous savons que le contenu en éléments traces des basaltes les plus influencés par ULC est porteur d’une empreinte gabbroïque primaire forte, soutenue par la signature des "fantômes de feldspath plagioclase" (Sobolev et al., 2000) dans la source. Ceci est illustrée Figure 6.5 où sont représentés les rapportsCaO/Al₂O₃,Eu/Eu*

etSr/Eu* (proxy plagioclase) en fonction du rapport²⁰⁶P b/²⁰⁴P b(proxy ULC). En ef-fet, il s’agit plutôt ici de "fantôme de feldspath plagioclase" car celui-ci n’est plus stable

Figure6.5 –Indicateurs géochimiques de l’implication de plagioclases (CaO/Al₂O₃,Eu/Eu∗

etSr/Eu∗) représentés en fonction du rapport²⁰⁶P b/²⁰⁴P b(proxy de ULC). Seuls les échan-tillons représentatif de AM (violet) et ULC (bleu) sont représentés. Ces diagrammes soulignent tous les trois la coïncidence de la signature très peu radiogénique en Pb avec l’empreinte géo-chimique de "fantôme de plagioclase".

à une profondeur dépassant les 20 km. Par conséquent, la fusion d’une pyroxénite mé-tagabbroique est l’hypothèse qui a été envisagée. Le liquide formé par fusion partielle de cette pyroxénite se mélangerait ensuite avec le liquide issu du manteau ambiant pour former un liquide à la signature semblable à celle d’un basalte de type ULC (10PUB16-05).

Nous avons donc simulé des conditions de fusion partielle incongruente d’une clinopy-roxénite métagabbroique suivi du mélange avec le liquide de manteau ambiant pour tenter de reproduire la signature inhabituelle observée dans les basaltes à 15˚43-44’N.

Soit un mélange :

C_m =C_{U LC}.x+C_AM.(1−x) (6.1)

Avec C_m la concentration de l’élément dans le mélange, C_{U LC} celle dans le liquide issu de la fusion de manteau de type ULC,C_AM celle dans le liquide issu de la fusion du manteau ambiant (AM), et x la proportion dans le mélange.

La concentration d’un élément dans le liquide issu de la fusion de la pyroxénite a été calculée pour des conditions de fusion partielle incongruente (Non modal batch melting, Shaw, 1970) :

C_{U LC} = (C_{U LC})₀/(D+F.(1−P)) (6.2) Avec (C_{U LC})₀ la concentration de l’élément dans la source solide, D et P les coeffi-cients de partage globaux pour une minéralogie donnée etF le taux de fusion partielle.

C_AM correspond à la composition moyenne de l’ensemble des échantillons représen-tatifs de AM. Cela permet de minimiser l’incertitude finale puisqu’en procédant de cette façon, taux de fusion partielle et coefficients de partage globaux n’ont pas à être estimés pour AM.

Plusieurs compositions de gabbros pour (C_{U LC})₀ et plusieurs minéralogies de pyroxé-nites ont été considérées. La pyroxénite étant plus fertile que la péridotite, nous avons estimé que F ne devait pas être inférieur à 20%. Afin que cette simulation de mélange basée sur le contenu de quelques éléments traces seulement soit aussi envisageable du point de vue isotopique, nous avons cherché des compositions de gabbros ayant à la fois un profil d’éléments traces au plus proche de celui des basaltes ULC, et à la fois des rapports isotopiques de Pb bas. C’est finalement l’échantillon HR-10 de Malaviarachchi et al. (2010) qui a été selectionné.

Les résultats de la modélisation (Figure 6.6) suggèrent qu’il est possible de reproduire la signature du basalte 10PUB16-05 (échantillon le plus influencé par ULC) à partir d’un mélange entre le liquide provenant du manteau ambiant, et un liquide issu le la fusion partielle d’une clinopyroxénite constituée de 80% de Cpx et 20% d’Opx et fondant dans les proportions suivantes : 90%Cpx - 10%Opx. La contribution respective de chacun des composants AM et ULC dans le mélange étant respectivement de 20% et 80%. Les K_D utilisés pour le calcul desDetP pour le Cpx proviennent de la combinaison des travaux de Paster et al. (1974), Hart et Dunn (1993), Johnson et al. (1994), Blundy et Wood (1994), Wood et Blundy (1997) et Salters et Longhi (1999), et pour l’Opx proviennent de la combinaison des valeurs issues de Hanson (1980) et Kennedy et al (1993). Toutes les variables sont rassemblées dans le Tableau 6.2.

Cette approche, bien qu’elle ne permette pas de déterminer de manière exacte et avec certitude la lithologie et la composition de la source, permet néanmoins, de dire qu’il est raisonnable de considérer une pyroxénite métagrabbroique comme source du composant ULC.

Figure 6.6 – Diagramme multi-élémentaire normalisé au manteau primitif illustrant les ré-sultats du modèle de mélange de quelques éléments traces. La ligne bleu foncé correspond au liquide issu de la fusion partielle à hauteur de 20% d’une clinopyroxénite. Le liquide issu de la fusion du manteau ambiant est ici représenté par une ligne rose et correspond à la composition moyennée des échantillons représentatifs du manteau ambiant (en rose dans les autres figures).

Le champ gris représente l’ensemble du jeu de données. Les lignes en pointillées correspondent aux résultats du mélange pour diverses proportions de liquide pyroxénitique et ambiant. La so-lution préférée, c’est-à-dire celle qui reproduit le mieux l’échantillon 10PUB16-05 est marquée d’un petit astérisque rouge.

Coeff.partageCompositionssourcesRésultatsmélange (calculé)(calculé)(mesuré)(calculé)(mesuré)(calculé) KDCpxKDOpxDPHR-10gabb.liq.Cpxite.métagabb.liq.AM90%-10%80%-20%*50%-50%20%-80% Rb0.00060.0000450.0004890.00043290.040.2003.300.5100.8201.752.68 Ba0.000680.000040.0005520.00049041.15.55210.114.828.742.7 Th0.0030.000050.002410.0021610.010.0500.3680.0810.1130.2090.304 U0.00520.000050.004170.0037450.0030.0150.1350.0270.0390.0750.111 Nb0.0070.00010.005620.0050420.211.035.911.522.003.474.94 La0.0420.00050.03370.030250.361.586.362.082.543.985.41 Ce0.090.0030.07260.064861.325.116.76.47.411.014.4 Sr0.0960.0090.07860.069332.9124178133135153168 Nd0.190.0070.15340.136941.564.7913.65.96.59.311.8 Zr0.1280.0130.1050.092429.131.8118414975101 Hf0.230.0130.18660.165860.280.7923.121.061.261.982.66 Sm0.280.010.2260.20180.581.504.271.862.062.933.73 Eu0.3550.0130.28660.255860.250.5741.470.7740.7531.041.30 Gd0.370.0160.29920.266720.8471.905.452.372.613.744.77 Tb0.3820.0210.30980.275460.1520.3340.9310.4150.4540.6440.816 Dy0.4020.0250.32660.289941.032.206.042.722.974.195.30 Ho0.410.0290.33380.295780.220.4641.290.5750.6290.8941.13 Y0.4210.0250.34180.303625.3711.236.714.416.324.331.8 Er0.4220.0410.34580.304660.631.303.761.621.792.573.28 Yb0.4320.0470.3550.311980.591.203.471.501.652.373.03 Lu0.4390.0520.36160.317120.090.1810.5190.2250.2480.3560.453 Tableau6.1–Modélisationdesélémentstraces:ParamètresetRésultats.