Soutenance mémoire
La première référence à l’île de La Réunion dans les archives européennes de navigation remonte à 1502, sur le planisphère de Cantino (une compilation de différentes cartes du monde réalisée par des explorateurs portugais). Il est cependant très probable que l’île fut connue précédemment des navigateurs arabes, africains et indiens. Il aura fallu ensuite attendre plus d’un siècle, jusqu’à la colonisation de l’île (alors nommée l’île Bourbon) par les français entre 1642 et 1663, pour trouver trace de descriptions sommaires du volcan actif de l’île, le Piton de la Fournaise (Lénat, 2016 et références incluses).
C’est à la lecture de documents publiés (ou non) à partir de 1755 que l’on peut trouver trace de descriptions précises et de dessins détaillés du Piton de la Fournaise et de ses activités éruptives, notamment avec le premier rapport d’une visite du sommet du PdF par Andoche Dolnet de Palmaroux, le 20 Septembre 1751 en compagnie d’un groupe de locaux et d’esclaves (d’après d’Herguerty, 1755). Les travaux d’autres auteurs comme Crémont (1770) ou Guettard (1757) ont été historiquement compilés par A. Lacroix (1925, 1936, 1938) ainsi que plus récemment (Stieltjes & Moutou, 1989 ; Lénat, 2016 et références incluses). Un des plus reconnu de ces auteurs des 18ème et 19ème siècles fut Bory de Saint-Vincent dont le nom fut d’ailleurs donné à un des deux cratères principaux du cône actif, et à qui l’on doit une des premières cartes des alentours du PdF (Bory de Saint-Vincent, 1804) .
On y voit notamment déjà décrits des édifices excentriques comme le Piton Chisny ou le Piton Haüy, ainsi que le tracé de la coulée de lave de l’éruption de 1802 au sein de l’Enclos Fouqué. De tels travaux, compilés régulièrement, permettent une connaissance partielle de l’histoire éruptive du Piton de la Fournaise entre 1755 et 1981, année de la première éruption décrite, surveillée et enregistrée par l’Observatoire Volcanologique du Piton de la Fournaise (Bachèlery, 1981 ; Chevallier et al., 1981). L’installation de l’observatoire à Bourg Murat (Plaine des Cafres, La Réunion) faisait en effet suite à l’éruption hors Enclos d’Avril 1977 dont les coulées de laves avaient partiellement détruit le village de Sainte Rose .
Cette éruption de 1977, dont les coulées ont pu atteindre le village de Sainte Rose et notamment l’église du village, que l’on voit ici être touchée par la coulée de lave (rebaptisée depuis « Notre Dame des Laves »), est symptomatique des risques liés aux éruptions hors Enclos du Piton de la Fournaise.
En effet, ces éruptions hors Enclos, malgré leur faible proportion (6 occurrences documentées en 1708, 1774, 1776, 1800, 1977 et 1998) dans l’activité moyenne du Piton de la Fournaise (1 à 2 éruptions annuelles), comportent les risques les plus importants pour les habitants des villages alentours et des infrastructures. Malgré cet état de fait, connu et encore récemment démontré (voir Di Muro, 2012 & 2015 ; Michon et al., 2015), les éruptions (ainsi que l’activité des édifices) hors Enclos, donc excentrées par rapport au sommet du Piton de la Fournaise, restent relativement peu étudiées par rapport à celles qui interviennent régulièrement au sein de l’Enclos Fouqué.
Pourtant, les densités de cônes volcaniques, répertoriées dans la Figure 3, montrent bien que, tout le long de la structure orientée nord-ouest sud-est (la « NW-SE Rift Zone »), d’importants édifices se sont construits autour d’emplacements comme celui de la Plaine des Sables. En effet, cet ancien centre éruptif du Piton de la Fournaise, avant son déplacement vers l’est matérialisé par différentes structures d’effondrement comme celle ayant créé l’Enclos Fouqué (Bachèlery, 1981 ; Lénat, 2016 et références incluses), est caractérisé par la présence de certains des plus gros édifices polygéniques observables sur le Piton de la Fournaise (à l’exception de l’édifice actuel), comme le Piton Haüy ou le Piton Chisny.
Ces édifices de gros volume sont associés à de nombreux dépôts de lapilli (Bachèlery, 1981; Principe et al., 2016 ; Morandi et al., 2016), lesquels recouvrent toute la Plaine des Sables et lui donnent son nom. Ce régime éruptif impliquant des fontaines de laves est bien plus violent que ce qui peut être observé habituellement au sein de l’Enclos (Staudacher et al., 2016 et références incluses).
Le seul cas des AbG souligne la nécessité de la réalisation d’études de pétrologie expérimentale sur des compositions du Piton de la Fournaise. Des études de ce type ont déjà porté sur des produits de La Réunion, principalement du Piton des Neiges. Cependant, elles ont été réalisées, soit à pression atmosphérique (Tilley et al., 1971 ; Villeneuve, 2000), soit à haute pression mais en absence de constituants volatils (H2O, CO2) ajoutés (Fisk et al., 1988). La question se pose donc de l’applicabilité de telles expériences pour contraindre l’évolution des magmas réunionnais (Pichavant et al., 2016). Ce problème se pose tout particulièrement dans le contexte de fonctionnement d’un volcan actif qui demande d’intégrer au mieux les différents jeux de données (pétrologiques, géophysiques, géochimiques) dans une démarche globale de surveillance au service de la prévision.
C’est dans ce cadre que le travail de thèse a été réalisé. Il comprend trois objectifs principaux : (1) la réalisation d’une étude expérimentale représentative du système d’alimentation du PdF dans son ensemble, à partir d’un matériel de départ de composition typique de SSB et dans des conditions de pression, température, fO2, et de teneurs en volatils (H2O, CO2) réalistes ; (2) une étude pétrologique d’un échantillonnage représentatif de roches plutoniques réunionnaises pouvant servir de guide comparatif aux résultats expérimentaux et (3) l’obtention d’une base de données volcanologiques, pétrologiques et géochimiques significative sur le groupe des AbG permettant de confirmer son existence dans le système d’alimentation du PdF.
Les résultats seront présentés par type d’approche. Tout d’abord, l’étude volcanologique sera détaillée puis, dans un second temps, l’étude pétrologique des roches plutoniques. La présentation des résultats expérimentaux se fera en deux volets, correspondant chacun aux différents niveaux, superficiel ou profond, du système d’alimentation du Piton de la Fournaise.
“Approche volcanologique – Etude volcano-stratigraphique et pétrologique d’édifices volcaniques de la Plaine des Sables et de leurs produits associés”
L’analyse des compositions des verres silicatés des différents dépôts de lapilli de la Plaine des Sables, que ce soit en éléments majeurs à la microsonde électronique ou en éléments traces au Laser ICP-MS, s’est révélée primordiale durant cette étude. En effet, en plus de permettre la validation et la confirmation des corrélations volcano-stratigraphiques effectuées à partir des observations et descriptions de terrain, les différentes compositions de verres silicatés obtenues ont pu être classées en 4 groupes compositionnels dont 3 correspondent à des compositions de verre silicatés encore inconnues ou très rarement rencontrées dans les produits réunionnais (Piton de la Fournaise et Piton des Neiges). Notamment, les lapilli du Piton Chisny, émis lors d’un épisode de fontaine de lave très violent (un des plus violents de ceux du PdF), sont associés aux compositions de verre silicatés les plus primitives (8,55 à 8,74% MgO pour un rapport CaO/Al2O3 de 0,79-0,82) de celles analysées jusqu’alors dans les produits éruptifs du massif de la Fournaise. Des verres silicatés ayant des compositions typiques de l’AbG (6,55 à 8,29% MgO pour des rapports CaO/Al2O3 de 0,68 à 0,72) ont aussi été analysés. De telles compositions impliquent deux processus de fractionnement distincts : un fractionnement systématique de l’olivine et un fractionnement profond du clinopyroxène dans le cas des magmas de compositions caractéristiques de l’AbG.
L’analyse de tels verres silicatés de composition chimique typique du groupe AbG représente une avancée fondamentale pour la validation de l’existence (encore discutée par certains auteurs) de magmas de composition AbG au sein du système d’alimentation du Piton de la Fournaise, démontrant ainsi l’importance du fractionnement profond de clinopyroxène dans l’histoire magmatique de ce dernier, malgré la prédominance de l’olivine dans les produits éruptifs.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : “Approche volcanologique – Etude volcano-stratigraphique et pétrologique d’édifices volcaniques de la Plaine des Sables et de leurs produits associés”
Résumé
1 Introduction
2 Geological setting & volcanological context
3 Methods
3.1 Field datas
3.2 Analytical techniques
3.2.1 Scanning electron microscopy
3.2.2 Bulk rock analyses
3.2.3 Electron microprobe analyses
3.2.4 LA-ICP-MS analyses
4 Results
4.1 Volcanological and stratigraphic results
4.1.1 Volcanological map
4.1.2 Demi-Piton: detailed stratigraphy
4.1.3 Piton Haüy: detailed stratigraphy
4.1.4 Piton Chisny & Aubert de la Rue : detailed stratigraphy
4.2 Petrological and geochemical data
4.2.1 Bulk rock data
4.2.2 Glass compositions
4.2.3 Mineral phases
5 Discussion
5.1 Volcanological evolution of the “Plaine des Sables”
5.2 Evolution of individual edifices
5.3 Implications for the origin of the Abnormal Group (AbG) magma series
6 Conclusions
7 Acknowledgements
8 References cited
9 Figure captions
CHAPITRE II : “Approche pétrologique – Etude pétrologique et minéralogique de roches plutoniques réunionnaises”
Résumé
1 Introduction
2 Geological and volcanological context
3 Samples
4 Methods
5 Results
5.1 Modal compositions
5.2 Whole-rock analyses
5.3 Petrography and Mineralogy
5.3.1 Textures
5.3.2 Olivines
5.3.3 Clinopyroxenes
5.3.4 Feldspars
5.3.5 Spinels
5.3.6 Ilmenites, magnetites
5.3.7 Sulphides
5.3.8 Accessory minerals
5.3.9 Glasses
5.3.10 Mineral exsolutions
6 Discussion
6.1 Crystallization sequence of Piton de la Fournaise magmas
6.2 Constraints on intensive parameters (T, fO2)
6.3 Implications for plutonic rocks on the La Réunion island
7 Conclusions
8 Acknowledgements
9 References cited
10 Figure captions
CHAPITRE III : “Approche expérimentale – Simulation du système d’alimentation superficiel du Piton de la Fournaise par l’étude expérimentale des équilibres de phases d’un Steady State Basalt”
Résumé
1 Introduction
2 Experimental approach and starting sample selection
3 Experimental methods
3.1 Starting material
3.2 0.1 MPa experiments
3.3 50 MPa experiments
4 Analytical methods
5 Experimental results
5.1 Fe loss and evaluation of equilibrium
5.2 Phase equilibria
5.3 Composition of crystalline phases
5.3.1 Olivines
5.3.2 Clinopyroxenes
5.3.3 Plagioclases
5.3.4 Spinels
5.4 Melt compositions
5.5 Glass volatile concentrations
6 Discussion
6.1 Validation of experimental results
6.2 Comparison with previous experimental studies
6.3 Liquidus phase equilibria
6.4 Implications for the shallow feeding system of the PdF
7 Conclusions
8 Ackowledgements
9 References cited
10 Figure captions
CHAPITRE IV : “Approche expérimentale – étude des équilibres de phases haute pression d’un magma réunionnais et caractérisation des fractionnements profonds”
CONCLUSION
