Les pseudosections

Les pseudosections correspondent à une projection de P-T dans un système chimique donnée (ex. TiMnCaNKFMASH), pour une composition chimique donnée et permettent pour chaque point, de déterminer : (1) la nature de l’assemblage stable, (2) la proportion modale de chaque phase à l’équilibre de mineraux à l’équilibre et (3) de deriver d’autres propriétés thermodynamiques et mécaniques des systèmes comme la densité, le volume, les vitesses sismiques (Connolly and Kerrick, 2002). Les pseudosections permettent également d’aborder

Types pétrographiques Paragenèses principales Paragenèses accessoires Faciès métamorphiques Phases de déformation

Paragneiss à grenat-biotite Qtz + Bt + Pl ± Grt Ox Amphibolites D3?

Métapelite à muscovite Mus + Bt + Qtz Mzt + Zr + Ox Schistes verts D1-D2, (D3?)

Métapelite à grenat Mus + Qtz + Bt ± Grt Tour + Zr + Ox Amphibolites D1-D2

Quartzite à muscovite Qtz + Mus Tour + Zr + Ox Schistes verts D1-D3

Quartzite à grenat Qtz + Mus ± Grt Zr + Ox Amphibolites D1-D2

100 les processus géologiques généraux comme l’influence des transitions de phase sur les propriétés rhéologiques dans les modèles géophysiques et géodynamiques (Kerrick and

Connolly., 2001b ; Kerrick and Connolly., 2001a ; Connolly, 2005 ; Gorman et al., 2006).

Plusieurs bases de données thermodynamiques (Berman and Aranovich, 1996; Holland and

Powell, 1998) et d'outils de calcul et de construction plus ou moins automatiques sont utilisés

de nos jours, comme Thermocalc (Powell and Holland, 1988; Powell et al., 1998), Theriak- Domino (DeCapitani and Brown, 1987) ou Perple-X (Connolly, 1997; Connolly and Petrini,

2002; Connolly, 2005). Même si les stratégies de calcul des pseudosections varient selon les

programmes, le résultat final est sensiblement le même. Les différences possibles sont généralement liées à des bases de données thermodynamiques (Figure IV.13) ou des modèles de solution solide différents (Ganne et al., 2013).

Figure IV.13 : Exemple de diagrammes de phases Pression-Température (PT) construits pour un même échantillon de méta-pélite (région de Tera au Niger Occidentale) dans un système MnCaNKFMASH sous-saturé en eau. Ces diagrammes prennent en compte des modèles de solution solide différents pour le grenat (à gauche : Ganguly et al, 1996 ; à droite : Holland &

Powell, 1998). Le champ de stabilité du staurotide est indiqué par le contour en bleu ; celui du

grenat par les courbes d’iso-composition de couleur marron qui correspondent au rapport FeO/ FeO+MgO dans ledit minéral. Noter dans ce cas d’étude, les faibles différences entre les deux grilles (d’après Ganne et al., 2012).

101 Une pseudosection sur un métapelite (GB16-3A) a été calculée à partir du programme Perple-X (version 6.6.8) (en accès libre à http://www.perplex.ethz.ch/) et la base de données thermodynamiques mise à jour de Holland et Powell (1998) pour un système chimique que nous avons préalablement déterminé par l’analyse ICP-MS).

La grille proposée dans la Figure IV.14 est construite à partir d’un échantillon de métapelite (GB16-3A) prélevé dans le massif du Ouaddaï, plus précisément dans la localité de Modo. Le manganèse et le calcium sont présents en quantité minime dans cet échantillon (respectivement 0.05 et 0.02 wt%) et, en pratique, ne devraient pas être pris en compte pour cette modélisation Perple-X. Le risque étant de pousser artificiellement le modèle à générer des phases minérales comme le plagioclase ou le grenat (contenant ces deux éléments chimiques) sur l’ensemble de la grille. L’absence de ces phases dans la grille indiquera en revanche que ces deux phases ne sont réellement pas stables dans l’espace de pression et de température que nous souhaitons étudier (i.e. l’échantillon GB16-3A ne contient en l’occurrence ni grenat, ni plagioclase). Nous avons donc choisi de tenir compte de ces éléments chimiques pour positionner au mieux, dans cet espace P-T, l’assemblage minéralogique dominant à quartz, biotite et micas blanc (± oxydes, ± albite) observé en lame mince et analysé à la microsonde. Les modèles de solution solide utilisés sont Pl(h) pour les plagioclases, Phg(HP) pour les micas blancs, Bio(TCC) pour les micas noirs, San pour le pôle haute température du feldspath et melt(HP) pour les produits de fusion. Les caractéristiques chimiques des différents pôles purs composant ces phases minérales sont détaillées dans le fichier solution model téléchargé le 15_04_2014.

L’absence de plagioclase calcique et d’un silicate d’alumine (sillimanite ou andalousite) dans cette roche GB16-3A nous fixe une limite haute en température, située entre 400°C (à 1000 bars) et 550°C (à 10 000 bars). Cette limite haute monterait à 550°C (à 1000 bars) et 750°C (à 10 000 bars) si le plagioclase était présent (actuellement non reconnu). Suivant la prédiction Perple-X, autour de 500°C, ce plagioclase représenterait moins de 1% en volume de la charge minérale de cet échantillon. La possibilité de ne pas l’avoir reconnu au microscope puis analysé à la microsonde est donc réelle. Les valeurs d’iso-composition (isoplethes) calculées pour le micas noir (biotite) et données par le rapport FeO/[FeO+MgO]*100, ne permettent de restreindre notre domaine d’incertitude, ni en pression, ni en température. Ces valeurs sont représentées par les lignes mauves sur la Figure IV.14. Ces valeurs (68-76) sont d’ailleurs

102 supérieures à celles des biotites analysées à la microsonde (~57), ce qui indiquerait qu’une phase riche en fer (présente dans la roche) est manquante dans cette grille.

Figure IV.14: Exemple de pseudosections construit dans un système TiMnNKFMASH (TiO2- CaO-Na2O-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O :0.64-0.02-0.05-0.18-6.47-6.0-1.80-16.45-64.34) à partir d’un échantillon d’un métapelite à biotite + muscovite (GB16-3A) prélevé dans la localité de Modo. Les points et les lignes correspondent respectivement aux équilibres invariants et des portions des réactions univariantes stables des grilles pétrogénétiques. Les champs multivariants sont notés avec différents niveaux de gris en fonction de leur variance (gris clair pour V=3 jusqu’au gris foncé pour V=5). Seules les lignes univariantes correspondent à des réactions dans les pseudosections, alors que les limites de champ correspondent à des lignes où un minéral apparaît ou disparaît. Le pourcentage modal d’un minéral tend vers zéro en se rapprochant d’une ligne pour être nul sur la ligne. La courbe rouge positionnée dans le champ de variance 3 (e.g. Bio-San-Sph-Mu-Al-Qtz-Ru) représente la pente d’équilibre

103 « moyenne » des micas blancs analysés dans cet échantillon. Cette pente passe par les points en rouges (coefficient de corrélation 0.99). Ces points correspondent aux moyennes de pression (P) et de température (T) calculées pour ces micas blancs par la méthode du multi- équilibre Pgh-Qtz-H2O, pour une activité en eau s’échelonnant entre 0.9 (hydraté) et 0.1 (anhydre). Les valeurs réalistes pour cette activité en eau se situent au-dessus de 0.7 (Ganne

et al., 2012). Une température maximum de 400°C est obtenue pour cet échantillon, au pic

du métamorphisme, pour une pression ne dépassant pas les 4 Kbars.