Magma

MAGMA

Le dome de Novarupta & le volcan du Katmai en arrière (Alaska, @Laurent Arbaret)

Notre activité et l'esprit du groupe en bref

Deux Projets Magma financés par l'Agence Nationale de la Recherche

GASTON est un projet piloté par Fabrice Gaillard et porte sur le transfert magmatique des les constituants volatils tels que carbone, hydrogène, oxygène, azote et soufre depuis l'intérieur de la planète jusque la surface. Quel a été le rôle du pipeline magmatique depuis les premier ages de la Terre sur l'abondance à la surface de notre planète de ces constituants indispensables à la vie ? Le magmatisme peut-il être envisagé comme un critère d'habitabilité d'une planète?
contact: fabrice.gaillard@cnrs-orleans.fr

VolHalClim est un projet piloté par nos collègues du LPC2E (Tjarda Roberts) dans lequel l'équipe Magma est fortement impliquée. Gaëlle Prouteau est la scientifique responsable ISTO de ce projet qui vise à établir les mécanismes de transferts des halogènes (Chlore, Fluor, Brome) par les magmas depuis l'intérieur du globe jusque l’atmosphère où ces éléments sont très réactifs.

contact: gaelle.prouteau@cnrs-orleans.fr

Des processus magmatiques gigantesques au coeur de l'Himalaya

Les anciennes chaines de montagnes exposent aujourd'hui des roches magmatiques, les granites. Dans le Massif Central, la Corse ou encore la Bretagne affleurent d'immenses granites témoins que ces régions étaient autres fois des cœurs de chaines de montagne aussi haute que l'Himalaya.

Les chercheurs de l'ISTO, en collaboration avec des chercheurs Canadien et Chinois, mettent en évidence ce processus de production magmatique aujourd'hui, en plein cœur de l'Himalaya. Ces montagnes géantes ont donc un cœur tendre et ce, pas uniquement au crépuscule de leur vie, comme on le pensait, mais tout au long de leur longue existence.

Cette prouesse est réalisée en reconstruisant le signal géophysique des roches d'ages Miocène (~20 Million d'années)  qui affleurent aujourd'hui au sud du plateau Tibétain. Ces roches ont subi un chemin pression-température lors de leur exhumation depuis de le cœur de l'orogène. Ce chemin correspond remarquablement au signal géophysique qui intrigue la communauté depuis plus 20 ans: Il s'agit d'une production gigantesque de magma au cœur de la chaine.

Cette étude, menée par des chercheurs de l'ISTO est publiée dans la revue Nature Communications. Voici le lien: https://www.nature.com/articles/s41467-018-05934-7

contact: fabrice.gaillard@cnrs-orleans.fr

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:

(i) 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

(ii) 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.

(iii) 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 le profondeurs de la Terre jusqu'à la surface.

Dix chercheurs et enseignant-chercheurs composent le groupe de manière permanente et nous accueillons de nombreux stagiaires, doctorants et post-doctorants.  Rejoindre l'équipe MAGMA est possible à différents niveaux d'entrée.

Fontaine de lave au Stromboli, Italie (@Giada Iacono-Marziano)

En plus de axes de recherche consultables dans l'onglet ci-dessus, vous trouverez ci-dessous des liens vers des planches pédagogiques illustrant l'approche phare du groupe pour l'étude des processus magmatiques : la simulation expérimentale. Nous définissons ici des domaines dans lequel le groupe est reconnu mondialement:

Le volcan Mérapi (Ile de Java, Indonésie, @Laurent Arbaret)

Les echelles de temps du magmatisme

Nous déployons notre méthodologie basée sur l'expérimentation et la modélisation des processus magmatiques sur plusieurs échelles temps et d'espace. Vous trouvez ci-dessous une version courte des trois axes de recherche du groupe et une version plus détaillée est disponible ici.

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

La montagne Pelée, nord de la Martinique, est un volcan andésitique dont les éruptions du passé ont été très meurtrières.

Sur les échelles de temps courts, 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 ses futures activités.

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

Les fumerolles de l'Etna (@Giada Iacono-Marziano)

Sur les échelles de temps longues, 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. Le magmatisme considéré dans cet axe de recherche, c'est en fait le pipeline connectant l'intérieur de la planète à sa surface, c'est à dire un lien fondamental entre la géodynamique et la chimie des surface planétaires, incluant le vaste concept d'habitabilité.

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

Migmatite à grenat (rouge), zone source des magmas crustaux (@A Villaros).

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, pouvant modifier les propriétés thermomécaniques de l'intérieur de la planète ainsi que la distribution des métaux et volatils. Les magmas stagnants qui sont au cœur des discussions sur les anomalies géochimiques et géophysiques marquant l'intérieur du globe sont ciblés ici.

Le fonctionnement du groupe

Des réunions de groupe ont lieu tous les mois et nous avons quatre ateliers d'animation scientifique impliquant le groupe MAGMA et d'autres équipes de l'ISTO ou d'autres laboratoire comme le CEMHTI et le LPC2E. Ces ateliers ont pour but de coordonner les initiatives scientifiques, de favoriser les échanges dans le groupe  de façon à optimiser la production scientifique et le montage/réalisation de projets. Ces ateliers comprennent trois types d'événements, des "reading groups", des séminaires internes, des séminaires externes, qui sont menés sur:

  • Un axe sur les volatils magmatiques. Nous déployons un espace de discussion scientifique visant à positionner le groupe en vue de la préparation d'un projet reliant le transfert de soufre, carbone, hydrogène et halogènes depuis le manteau vers la surface. Les processus impliquées sont la fusion, la cristallisation , les transferts magmatiques, le dégazage volcanique et la formation de gisements magmatiques métalliques (Cu, Ni, Co, PGE...).
  • Un axe sur la mécanique des systèmes magmatiques dans le domaine des faibles fractions de liquide, comprenant 1- les "Mushs", c'est à dire les réservoirs magmatiques fortement cristallisés et 2- la fusion partielle avec les problématiques d'extraction de liquide. Cet axe adresse la question du transfert magmatique depuis le manteau jusque dans la croûte continentale. Cet axe fait écho à l'initiative Granites déployée par Laurent Arbaret et Fabrice Gaillard au sein de l'ISTO courant 2016.
  • Un axe sur les magmas alcalins, leur formation en lien avec la chimie des volatils, leur différenciation, et leur potentiel minier. Ces magmas ont en effet la remarquable capacité d'être enrichis en métaux rares tels que les Terres Rares, le niobium, tantale et certains éléments à fort champ comme le zirconium. Les processus pétrologiques conduisant à ces magmas alcalins, à leurs fortes teneurs en constituants volatils et leurs conditions réductrices, aux carbonatites associées, et à ces enrichissements en métaux rares sont liés et discutés dans cet atelier.
  • Un axe sur la physico-chimie des matériaux de hautes-températures qui anime le déploiement de la plateforme expérimentale PLANEX coordonnée par Bruno Scaillet. La plateforme PLANEX (mesure in situ) est en construction et cet atelier vise à créer un espace de communication sur le potentiel des développements, les priorités de développements, et les montages de projets. Cet axe est partagé avec les collègues du CEMHTI.

L'équipe Magma comprend quatre enseignants-chercheurs de l'université d'Orléans et 6 chercheurs CNRS. Quatre doctorants et deux postdoctorants sont actuellement rattachés à l'équipe Magma. Trois ingénieurs ISTO sont également fréquemment associés à l'activité et aux discussions de groupe.

Une brève description des profils des membres du groupe est disponible ici.

L'esprit MAGMA est le trait d'union dans la philosophie de travail, dans les stratégies et les visions de recherches sur le magmatisme.

Vous souhaitez rejoindre l'équipe MAGMA? Quelque soit votre niveau d'entrée (étudiant à chercheur), vous trouverez ici des informations sur les compétences que l'on offre et les profils que nous recherchons.