Isotopic tracing of origin and evolution of magmas in the continental context : relative contributions of mantle sources and continental crust

摘要

Les roches volcaniques et plutoniques représentent une excellente fenêtre d'observation sur le manteau terrestre. Les études isotopiques sur le volcanisme océanique suggèrent un manteau actuel hétérogène, composé de pôles appauvris (DM, PREMA) et enrichis (EM1 et EM2) par rapport à la valeur initiale chondritique. En contexte continental, la contamination par la croûte participe largement à compliquer l'identification des réservoirs mantelliques dans la genèse d'une suite magmatique continentale. Cette thèse présente les résultats de deux études sur roches volcaniques/plutoniques appartenant respectivement à des dépôts volcaniques distaux jeunes (téphras) retrouvés dans une séquence de varves carbonatées des Alpes italiennes (Formation de Piànico, Alpes du Sud, Italie) et à une province ignée continentale ancienne (les Collines Montérégiennes, Québec, Canada). Le but commun à ces deux études est d'identifier et quantifier la contribution des sources magmatiques dans des situations « ambiguës » et difficiles d'interprétation, en utilisant le couplage des isotopes (isotopes radiogéniques et gaz rares) et des éléments majeurs et traces. Dans le premier cas (téphras de Piànico), l'ambiguïté dans la détermination des sources volcaniques est liée à la distance entre les dépôts (Alpes italiennes) et les sources présumées (Massif Central, France; Province Magmatique Romaine, Italie). Dans le deuxième cas (Collines Montérégiennes), la contamination crustale des magmas a masqué ou modifié sensiblement la signature isotopique originale de la source mantellique, rendant ambiguë sa détermination (manteau inférieur versus manteau supérieur). La thèse est composée de trois chapitres, chacun étant un article scientifique publié ou soumis dans une revue internationale avec comité de révision. Le premier article (publié en 2009 dans Quaternary International) traite d'une étude géochimique et isotopique (Nd-Sr) sur deux téphras jeunes, T21d et T32, retrouvés dans la séquence interglaciaire de Piànico (Italie). Le téphra rhyolitique T21d, précédemment daté par la méthode K-Ar à 779 ± 13 ka, semble provenir du complexe Mont Dore-Sancy dans le Massif Central français. Le téphra T32 représente les produits de la Province Magmatique Romaine, et plus particulièrement d'une éruption de l'un des centres éruptifs des Monts Sabatini, daté entre 802 ± 74 ka et 783 ± 77 ka. L'utilisation des systèmes isotopiques du Sr et Nd a permis d'établir un âge relatif des dépôts d'environ 780 ka pour les deux téphras, cohérent avec la datation K-Ar de T21 d ainsi qu'avec de récentes études paléomagnétiques sur la formation de Piànico qui ont montré une inversion de polarité assignée à la période Matuyama-Brunhes correspondant à la période interglaciaire MIS 19 du Pléistocène Moyen. Le deuxième article (en révision pour soumission dans la revue Lithos) fait l'objet d'une étude géochimique et isotopique sur des intrusions alcalines formant les Collines Montérégiennes. Le couplage des isotopes de Nd, Sr, Hf et Pb ainsi que l'étude géochimique des éléments majeurs et traces a permis de montrer pour la première fois l'implication du manteau lithosphérique sub-continental (SCLM) dans la formation de ces magmas. Les données des isotopes du Pb (207Pb/204Pb et 208Pb/204Pb) montrent clairement l'implication d'une composante qui pourrait être celle d'un manteau lithosphérique Archéen. Cette étude a permis de s'interroger sur les deux grandes hypothèses fournies dans les années 80 sur la formation des magmas des Montérégiennes: 1) un point chaud (impliquant des magmas issus d'un manteau inférieur) et 2) un rift continental (impliquant des magmas issus d'un manteau supérieur). L'hypothèse du point chaud est fortement ébranlée par les conclusions présentées dans l'article 2. On suggère que la formation des Montérégiennes soit le résultat de la réactivation du rift Ottawa-Bonnechère successive à l'ouverture de l'Océan Atlantique Nord. Le troisième article (en révision pour soumission dans la revue Chemical Geology) présente une étude sur les isotopes des gaz rares (4He et 36,38,40Ar) et les isotopes de l'azote (δ15N) analysés dans des clinopyroxènes et amphiboles séparés des roches mafiques des Montérégiennes. Les signatures isotopiques de l'Ar, He et N ont permis de mettre en évidence une source mantellique similaire à celle d’un manteau supérieur de type MORB ou bien de type SCLM, et d’exclure l’hypothèse d’une source mantellique profonde de type OIB (point chaud). On a en particulier mis en évidence pour la première fois une corrélation entre les isotopes de l'azote, les isotopes du plomb 208Pb/204Pb et 207Pb/204Pb) et certains rapports d’éléments traces (La/Nb et Ba/Nb), permettant ainsi de confirmer une source dominante de type SCLM. ud______________________________________________________________________________ udMOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Province des Montérégiennes (Québec), Rb-Sr, Sm-Nd, Lu-Hf, Pb commun, gaz rares (He-Ar), azote, manteau lithosphérique, Tépho-chronostatigraphie, Formation de Piànico (Italie), complexe Sancy -Mont-Dore, Province Magmatique Romaine.