Projet ANR-11-BS56-0003 – DEGAZMAG : Ascension et dégazage des magmas basaltiques : cinétiques et implications pour la dynamique éruptive et le cycle géochimique des éléments volatils
Programme : Blanc - SIMI 5-6 - Environnement, Terre et Espace (Blanc SIMI 5-6)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Didier LAPORTE (UNIVERSITE BLAISE PASCAL CLERMONT-FERRAND 2)
Partenaires : Institut des Sciences de la Terre d'Orléans; Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques; Laboratoire Magmas et Volcans
Montant : 470000.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : DEGAZMAGAscension et dégazage des magmas basaltiques : cinétiques et implications pour la dynamique éruptive et le cycle géochimique des éléments volatils
Enjeux scientifiques et objectifs du projet DEGAZMAGLe dégazage magmatique est une problématique fondamentale de la volcanologie moderne qui a des implications majeures pour la dynamique des éruptions, l’impact environnemental du volcanisme et les cycles géochimiques globaux des éléments volatils. Certains aspects importants du dégazage magmatique sont encore mal compris : échelle de temps des processus de dégazage, rôle des transferts de gaz dans le déclenchement des éruptions, etc. Le premier but de DEGAZMAG est de quantifier le comportement des composants volatils majeurs (CO2, H2O) au cours de l’ascension des magmas, et de déterminer l’effet de la vitesse d’ascension sur la cinétique de vésiculation. Ces informations permettront de modéliser le dégazage des basaltes depuis leurs régions sources dans le manteau supérieur jusqu’à la surface (profondeur du dégazage, flux des gaz volcaniques dans l’atmosphère), et d’estimer les taux d’ascension à partir de l’étude des produits éruptifs et des gaz volcaniques.Le deuxième but de DEGAZMAG est de quantifier le comportement d’éléments en traces volatils qui sont des marqueurs potentiels du dégazage magmatique : éléments légers Li et B, radionucléides de courte période (222Rn et 210Po), et gaz rares (He, Ar). A cause de différences de volatilité et/ou de diffusivité entre ces éléments ou leurs isotopes, le dégazage peut conduire à des schémas complexes de fractionnement chimique ou isotopique selon qu’il opère à l’équilibre ou loin de l’équilibre (« fractionnement diffusif ») et que le système est fermé ou ouvert aux transferts de gaz. Nos travaux permettront d’interpréter les fractionnements de composants volatils dans les produits volcaniques en termes d’échelles de temps, de transferts de gaz et de dynamique éruptive.
Programme scientifiqueDEGAZMAG est fondé sur une approche directe s’appuyant sur la simulation en laboratoire de l’ascension et du dégazage des magmas couplée à l’utilisation de techniques analytiques de pointe pour caractériser les produits expérimentaux. En plus de la tâche no. 1 (Coordination), il est composé de trois tâches scientifiques.La tâche no. 2 est basée principalement sur des expériences de décompression visant à simuler l’ascension et la vésiculation des magmas basaltiques pour quantifier le comportement des éléments volatils majeurs (CO2, H2O, SO2) : profondeur de nucléation, effet de la vitesse d’ascension sur la cinétique du dégazage, etc. Ces travaux seront portés par les groupes de magmatologie expérimentale du LMV et de l’ISTO.Dans la tâche no. 3, le problème du dégazage est abordé à l’aide de traceurs isotopiques capables d’enregistrer des processus magmatiques de très courte durée (quelques jours): les radionucléides de courte période (Rn et Po) et les isotopes du lithium. Le comportement de ces marqueurs sera d’abord déterminé expérimentalement, puis ces outils seront utilisés pour déchiffrer des éruptions récentes (Piton de la Fournaise, Eyjafjallajökull). La tâche no. 3 s’appuiera sur une étroite collaboration entre les groupes de magmatologie expérimentale et de géochimie du LMV.La tâche no. 4  est consacrée à l’étude des mécanismes et des échelles de temps du dégazage magmatique à l’aide de la géochimie des gaz rares. Afin de mieux comprendre le comportement des gaz rares pendant l’ascension magmatique, deux groupes de travaux seront menés : une étude du fractionnement des gaz rares dans des échantillons dégazés expérimentalement dont les bulles seront analysées une à une par ablation laser, et une modélisation du fractionnement cinétique entre des espèces volatiles ayant des diffusivités différentes au cours de la croissance diffusive d’une bulle. La tâche no. 4 sera menée par le CRPG en collaboration avec les équipes du LMV et de l’ISTO.
Résumé de la soumission : Le dégazage magmatique — le thème central de DEGAZMAG — est une problématique fondamentale de la volcanologie moderne qui a des implications majeures pour la dynamique des éruptions, l’impact environnemental du volcanisme et les cycles géochimiques globaux des éléments volatils. Malgré des progrès significatifs au cours de la dernière décennie, certains aspects importants du dégazage magmatique restent encore mal compris : échelle de temps des processus de dégazage, rôle des transferts de gaz dans le déclenchement des éruptions, ou influence des facteurs cinétiques sur les concentrations en volatils dans les magmas et sur la composition des gaz volcaniques. Par rapport à la plupart des études récentes consacrées aux volatils magmatiques, DEGAZMAG est un projet novateur parce qu’il est fondé sur une approche directe s’appuyant sur la simulation en laboratoire de l’ascension et du dégazage des magmas couplée à l’utilisation de techniques analytiques de pointe pour caractériser les produits expérimentaux.Le premier but de DEGAZMAG est de quantifier le comportement des composants volatils majeurs (CO2, H2O) au cours de l’ascension des magmas (principalement basaltiques), et de déterminer l’effet de la vitesse d’ascension sur la cinétique de vésiculation (taux de nucléation et de croissance des bulles). Ces informations permettront : (i) de modéliser le dégazage des basaltes depuis leurs régions sources dans le manteau supérieur jusqu’à la surface (profondeur du dégazage, flux des gaz volcaniques dans l’atmosphère) ; et (ii) de mettre au point des outils pour estimer les taux d’ascension et pour identifier les mécanismes de dégazage à partir de l’étude des produits éruptifs et des gaz volcaniques.Le deuxième but de DEGAZMAG est de quantifier le comportement d’éléments en traces volatils qui sont des marqueurs potentiels du dégazage magmatique : les éléments légers Li et B, les radionucléides de courte période (222Rn et 210Po) et les gaz rares (He, Ar). A cause de différences de volatilité (210Po vs. 210Pb) et/ou de diffusivité (6Li vs. 7Li ou He vs. Ar) entre ces éléments ou leurs isotopes, le dégazage peut conduire à des schémas complexes de fractionnement chimique ou isotopique selon qu’il opère à l’équilibre ou loin de l’équilibre (« fractionnement diffusif ») et que le système est fermé ou ouvert aux transferts de gaz. Des fractionnements entre les éléments en traces volatils dus au dégazage ont été observés dans les systèmes naturels, mais l’exploitation quantitative de ces données est difficile faute d’un cadre expérimental robuste. Notre objectif est de développer la base de données expérimentales et les outils théoriques nécessaires pour interpréter les fractionnements de composants volatils dans les produits volcaniques en termes d’échelles de temps, de transferts de gaz et de dynamique éruptive. Un premier groupe d’expériences sera consacré aux éléments légers et aux radionucléides de courte période, et les résultats seront appliqués à des éruptions majeures récentes (Piton de la Fournaise; Eyjafjallajökull). Un second groupe d’expériences portera sur le fractionnement diffusif des gaz rares au cours de l’ascension et du dégazage des magmas basaltiques.DEGAZMAG est un projet de 4 ans qui s’appuie sur une étroite collaboration entre 3 laboratoires partenaires (Laboratoire Magmas et Volcans, Clermont-Fd; Institut des Sciences de la Terre, Orléans; Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques, Nancy). le consortium regroupe des experts en magmatologie expérimentale, géochimie des éléments légers, déséquilibres radioactifs, géochimie des gaz rares, et modélisation physicochimique des processus magmatiques. Le projet implique 12 chercheurs permanents et 4 chercheurs non permanents: 2 doctorants au LMV, engagés sur un support financier accordé par la Région Auvergne (2010-2014); et 2 doctorants à l’ISTO et au CRPG, pour lesquels nous demandons un support financier à l’Agence Nationale de la Recherche.
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