Caractérisation in situ des serpentines en contexte de subduction: De la nature à l'expérience

Les serpentinites (roches ultramafiques hydratees contenant environ 13 wt.% d'eau) sont particulierement abondantes dans la lithosphere oceanique formee aux dorsales lentes. En parallele, il est acquis que les serpentinites sont aussi presentes le long du plan de subduction, et dans la partie hydratee du coin mantellique. Dans ce contexte, elles sont stables jusqu'a des profondeurs de 100 a 170 km correspondant a leur temperature de destabilisation de l'ordre de 650-700°C (antigorite breakdown). De nombreux travaux ont montre que les serpentinites provenant de ces deux contextes etaient fortement enrichies en elements mobiles dans les fluides (e.g. As, Sb, B, Li, Ba, Sr, U, Pb, Cs). L'objectif de ce travail de these est d'identifier la ou les phases porteuses de ces elements dans les serpentinites et d'evaluer le comportement des elements traces et des Terres Rares au cours de la serpentinisation. L'etude geochimique in situ des phases serpentineuses (chrysotile, lizardite et antigorite) par LA-HR-ICP-MS nous permet de montrer la non mobilite des Terres Rares au cours de la serpentinisation des olivines et des pyroxenes. Par contre, nous observons un enrichissement systematique en elements mobiles (As, Sb, B, Li, Ba, Sr, U, Pb, Cs) dans les mineraux serpentineux. Une etude comparative entre des serpentinites abyssales subduites et exhumees provenant de l'arc des Grandes Antilles (Cuba et Republique Dominicaine) et des serpentinites abyssales (MARK zone) nous permet d'affirmer que les elements mobiles incorpores dans les serpentines ne sont pas remobilises lors du metamorphisme prograde de subduction. Ces dernieres peuvent donc transferer ces elements a des profondeurs importantes, au-dela de 150 km. A partir de l'etude des serpentinites du Tso Morari (Ladakh, Himalaya), issues de l'hydratation du coin mantellique, nous observons aussi un enrichissement en elements mobiles (Sb, As, B, U, Pb, Cs, Li). Si le bore et l'uranium sont enrichis independamment du mineral primaire, Sb et As sont enrichis preferentiellement dans les olivines serpentinisees, tandis que Pb, Cs et Li sont enrichis dans les orthopyroxenes serpentinises. Cet enrichissement differentiel traduit la deshydratation progressive des sediments subduits et l'incorporation successive d'elements mobiles en fonction de la temperature de serpentinisation de l'olivine ( 300°C). En parallele, une etude experimentale en autoclave hydrothermale (2 < P < 4 kbars ; 200 < T < 500°C) et en presse piston cylindre (P = 40 kbars ; T = 500°C) a permis de confirmer l'incorporation du Li et de Sb dans le reseau cristallin des phases serpentineuses. De plus, l'etude isotopique du Li dans les serpentines de synthese a permis de mettre en evidence un fractionnement isotopique de cet element en fonction de la nature de la phase serpentineuse. Le Δ7Li(solide-fluide) dans les chrysotiles est positif, tandis que les antigorites et lizardites presentent un Δ7Li(solide-fluide) negatif. Ce fractionnement isotopique traduit l'incorporation preferentielle du 7Li dans les tubes de chrysotiles et du 6Li dans les reseaux cristallins de la lizardite et de l'antigorite. Ainsi, nous confirmons par cette etude le role majeur des serpentinites comme vecteurs de l'eau et des elements mobiles depuis la lithosphere oceanique vers le manteau profond, et donc leur participation au recyclage de ces elements dans les zones de subduction. Il est fortement suspecte que leur deshydratation dans ce contexte soit a meme de participer a la fusion partielle du coin mantellique et permettrait alors d'expliquer les enrichissements en elements mobiles observes dans les laves d'arc (As, U, Pb, Sb, B, Li).