Formation et déstabilisation des grandes intrusions basaltiques dans la croute terrestre
Orateur : Claude Jaupart
IPG, Paris
Résumé : La croûte continentale est faite de résidus évolués de la cristallisation fractionnée de magmas basaltiques. Le processus comprend trois étapes, l’accumulation de magmas dans la croûte, le refroidissement et la cristallisation fractionnée au contact des roches encaissantes et enfin la délamination de minéraux denses : les cumulats basiques et ultrabasiques. On peut observer à l’affleurement de nombreuses intrusions basiques et ultrabasiques de très grandes dimensions (de 10 à plus de 100 kilomètres), qui sont bien plus denses que leur encaissant et qui sont associées à des anomalies gravimétriques positives élevées. Les cumulats denses ne disparaissent donc pas systématiquement de la croûte malgré la charge importante qu’ils représentent. Certaines intrusions sont des “lopolites”, caractérisés par une partie centrale épaissie. D’autres ont la forme d’entonnoirs, avec un réservoir en ”V” au-dessus d’une racine étroite. Les plus grandes d’entre elles ont des formes plus complexes, avec des parties épaisses et inclinées à leurs extrémités et une région centrale amincie. On peut interpréter toutes ces formes comme résultant d’un effondrement partiel du plancher sous le poids des cumulats témoignant d’un processus de délamination stoppé avant terme.
On présentera des expériences de laboratoire qui illustrent le comportement d’une intrusion qui se met en place à l’interface entre deux couches de densités différentes et qui se refroidit à leur contact. Le liquide injecté est tel que sa densité est comprise entre celles des deux couches encaissantes lorsqu’il est chaud et tel qu’il devient plus dense que celles-ci lorsqu’il refroidit. Ces conditions reproduisent schématiquement celles des cas géologiques. L’intrusion de propage latéralement à l’interface entre les deux couches jusqu’à une certaine distance dictée par le refroidissement. Elle devient ensuite instable et s’effondre dans la couche inférieure avec des formes géométriques qui dépendent de son rapport d’aspect (défini comme le rapport de son épaisseur et de son rayon) et du contraste de viscosité avec les fluides encaissants. Toutes choses égales par ailleurs, le rapport d’aspect décroit en fonction du volume de l’intrusion. Des raisonnements simples conduisent à une loi d’échelle qui relie le rapport d’aspect terminal de l’intrusion à un nombre sans dimension analogue au nombre de Rayleigh de la convection thermique. Les données expérimentales sont en accord avec celle-ci.
Les formes que peut prendre l’intrusion lorsqu’elle est déstabilisée sont diverses et variées mais peuvent être regroupées en trois types. Pour un rapport d’aspect supérieur à 0.5 environ, la forme de l’intrusion passe de celle d’un entonnoir avec une racine étroite à celle d’une poire reliée au niveau initial d’intrusion par un col étroit. A rapport d’aspect plus faible, l’intrusion s’épaissit à la périphérie et développe une partie centrale de faible épaisseur. La région centrale peut dans certains cas développer des protrusions espacées régulièrement qui engendrent ensuite des doigts descendants.
Dans le cas naturel, ces changements de forme sont interrompus à différents stades de développement par le refroidissement qui entraîne une augmentation généralisée des viscosités des matériaux. Des calculs numériques confirment ces résultats. On montrera que les formes “expérimentales” se retrouvent à grande échelle dans les intrusions naturelles.
Date et Lieu : le Vendredi 17 Février 2017 à 11h00, salle de séminaire IRPHE