Comprendre et modéliser le magmatisme est une nécessité pour le développement durable de nos sociétés ainsi que pour la compréhension du système Terre. Trois aspects du magmatisme retiennent l’attention de notre groupe :

  • Le magmatisme, à très court terme, c’est les éruptions volcaniques, le danger immédiat pour les populations exposées, mais aussi des conséquences à plus long terme avec les émissions de cendres et de gaz pouvant affecter l’atmosphère et le climat.
  • L’essentiel du magmatisme ne forme pas d’éruption, mais opère en profondeur de manière durable. Le magma est la sève de la Terre : il collecte, transporte et accumule la chaleur (moteur de la géothermie) ainsi qu’une variété d’éléments chimiques d’intérêt premier pour nos industries (incluant les industries des énergies renouvelables), comme les métaux de bases ou les terres rares.
  • Enfin, sur les échelles de temps géologiques, les magmas ont grandement contribué à la différenciation des enveloppes terrestres que sont le noyau, le manteau, la croûte et l’atmosphère.

L’esprit de l’équipe, c’est l’approche des processus magmatiques par la simulation expérimentale : expérimenter et modéliser. Nous simulons en laboratoire les conditions de pression et de température vécues par les magmas dans les profondeurs de la Terre jusqu’à la surface.

© Laurent Arbaret
© Laurent Arbaret

Membres

Responsable d’équipe : Rose-Koga Estelle

Chercheur.euse.s :

Doctorant.e.s :

Axes de recherche

Axe 1 : Le temps court, celui de l'éruption volcanique et des processus qui ont mené à l'éruption

Sur les échelles de temps court, notre expertise sert la cause de l’évaluation du risque volcanique en reconstituant des informations critiques sur l’histoire du magma avant et pendant l’éruption. Tel l’enquêteur traquant le « serial killer », ce que nous décortiquons des empreintes minéralogiques laissées par les éruptions passées aide à dresser le profil du volcan pour mieux prédire ces futures activités. L’équipe est un des rares groupes de recherche à maitriser la pétrologie des systèmes magmatiques et à la mettre au service de la compréhension des processus volcaniques. Notre groupe a travaillé sur des éruptions historiques qui ont marquées les imaginaires populaires telles que celles du Vésuve, de Santorin, des Canaries ou de la Montagne Pelée. Aujourd’hui, nous ciblons les volcans d’Amériques centrale et du sud ainsi qu’en Asie, mais les volcans français (Antilles, Massif Central, et Réunion) restent des objets sur lesquels l’équipe est active.
La dynamique des réservoirs magmatiques et celles des éruptions constituent un axe nouveau de notre recherche. Les questions mobilisant notre groupe sont à quelle vitesse les magmas remontent dans le conduit éruptif, quels sont les processus de réservoirs magmatiques déclencheur des remontées par les conduits?
Cela demande la mise en place de mesure et de modèle établissant les liens entre dégazage, cristallisation, perméabilité, déformation, et remontée magmatique pendant l’éruption. Nous développons également des mesures et concepts sur les processus tels que les mélanges magmatiques, les temps de résidence dans les réservoirs, les transferts de chaleurs et de matière entre magma et réservoirs.

Volcan Cotopaxi, Équateur. © Caroline Martel
Volcan Cotopaxi, Équateur. © Caroline Martel
Mélange magmatique dans les laves de Santorin. © Laurent Arbaret
Mélange magmatique dans les laves de Santorin. © Laurent Arbaret

Axe 2 : Le temps long, celui de la géologie et des impacts du magmatisme sur la chimie des surfaces planétaires

Sur les échelles de temps long, le volcanisme, infatigable source de gaz perturbant la chimie des océans et des atmosphères peut mener à d’importants changements des conditions à la surface du globe. Ci-dessous, nous distinguons deux types de phénomènes magmatiques impactant les surfaces planétaires. Enfin, la géodynamique profonde régulant la production magmatique et le cycle géodynamique des constituants volatils peut-être connectée à la chimie des surfaces planétaires :

  • Les changements atmosphériques associés à un évènement éruptif peuvent se produire sur des échelles de temps de l’ordre de la décennie. Il s’agit d’émission de cendres, de dioxyde de soufre et d’halogènes magmatiques. Cette activité magmatique a un impact immédiat sur les activités humaines, en affectant régionalement le transport aérien, le climat à l’échelle du globe, ou encore la chimie de la stratosphère.
  • Des changements primordiaux aux et à plus long terme sont susceptibles de se produire en réponse au dégazage magmatique de l’azote, l’eau ou du dioxyde de carbone. Ces dégazages conditionnent l’habitabilité d’une planète ou le réchauffement climatique. Dans ces processus, le magmatisme constitue un pipeline reliant le manteau aux surfaces planétaires au sein duquel, circulent les constituants volatils du système C-O-H-N-S. Ce pipeline à volatils est le vecteur du dégazage mantellique et opère sur tous les corps planétaires.
  • Le transfert des volatils magmatiques sur des échelles de temps long est relié à des processus géologiques profonds. L’existence du processus subduction sur Terre introduit une notion de cycle géochimique long, voire de cycle géodynamique des volatils, avec des flux chimiques vers l’intérieur du globe associés au panneau plongeant et des flux vers les enveloppes externes associés au magmatisme d’arc. Le magma et sa capacité à concentrer et transporter les constituants volatils est un maillon essentiel dans la régulation ces cycles.
Gaz de l'Etna. © Giada Iacono-Marziano
Gaz de l'Etna. © Giada Iacono-Marziano
© Projet GASTON - coordinateur Fabrice Gaillard
© Projet GASTON - coordinateur Fabrice Gaillard

Axe 3 : Le transfert des magmas qui ne font pas d'éruption, de la source aux plutons

L’essentiel du magmatisme n’atteint pas la surface du globe. C’est la face cachée du magmatisme qui comme pour l’iceberg en constitue l’essentiel. Les magmas tendent à rester piégés en profondeur, où ils stagnent pour des raisons mal comprises et où ils refroidissent pendant des dizaines ou centaines de milliers d’années jusqu’à ce que l’érosion mène ces roches solidifiées à la surface. On appelle ces roches magmatiques piégées en profondeur des plutons. Pour quelle raison, les magmas restent préférentiellement piégés à l’intérieur de la Terre? Quel est le lien entre les plutons et les volcans? Quel est le rôle des magmas profonds dans les bilans thermiques donnant lieu aux manifestations hydrothermales/géothermiques où les transports d’éléments chimiques nourrissant les anomalies géochimiques que sont les gisements de métaux ?Quel est le rôle de ces magmas profonds dans la grande géodynamique ? Peu visqueux et ayant de fortes capacités de remobilisation, ces magmas profonds percolent, fluent, et sont donc susceptibles de jouer un rôle déterminant dans l’horlogerie interne de notre planète.
Depuis le glissement des plaques sur le manteau à la mécanique des croutes continentales en passant par la mécanique des chambres magmatiques, le transfert des magmas qui ne font pas d’éruption reste un atelier d’animation fort de notre groupe.

Migmatite à grenat (rouge), zone source des magmas crustaux. © Arnaud Villaros
Migmatite à grenat (rouge), zone source des magmas crustaux. © Arnaud Villaros
© Laurent Arbaret
© Laurent Arbaret

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