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Leleu, Thomas. Variabilité spatio-temporelle de la composition des fluides hydrothermaux (observatoire fond de mer EMSO-Açores, Lucky Strike) : traçage de la circulation hydrothermale et quantification des flux chimiques associés

Leleu, Thomas (2017). Variabilité spatio-temporelle de la composition des fluides hydrothermaux (observatoire fond de mer EMSO-Açores, Lucky Strike) : traçage de la circulation hydrothermale et quantification des flux chimiques associés.

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Résumé en francais

Cette thèse présente une étude détaillée de la composition des fluides de haute température du champ hydrothermal de Lucky Strike (37°N, dorsale médio atlantique) s'appuyant sur 3 campagnes d'échantillonnage réalisées dans le cadre de l'observatoire fond de mer EMSO-Açores. Ce champ hydrothermal s'est développé autour d'un lac de lave fossile bordé au Nord-Ouest, Nord Est et Sud Est par des cônes volcaniques plus anciens. En 2013, la découverte du site hydrothermal de Capelinhos à l'Est, et présentant des compositions de fluides inédites à Lucky Strike (concentration faible en Cl et forte en Fe et Mn), nous permet de proposer un nouveau modèle de circulation hydrothermale basé sur l'application de géothermobaromètres (Si ; Si-Cl ; Fe-Mn) chimiques sur 13 évents hydrothermaux. Nous avons défini 5 groupes de sites selon leur chlorinité et leur position par rapport au lac de lave. Les fluides de Capelinhos, dominés par la phase vapeur, sont rapidement extraits de la zone de séparation de phase (estimée à 2600 m sous le plancher océanique). Les fluides à proximité du lac de lave, avec des chlorinités variables, suggèrent un rééquilibrage à des pressions et températures plus faibles qu'à Capelinhos, cohérent avec des processus de refroidissement conductif et/ou d'entrainement de saumures prenant place lors de la remontée des fluides jusqu'à la base de la couche 2A. La fluctuation de la chlorinité témoigne de la variabilité du temps de résidence du fluide dans la zone de remontée, et ses relations avec les caractéristiques physiques de la croûte océanique. Nous avons évalué la variabilité temporelle de la composition des fluides collectés au cours des campagnes effectuées entre 2009 et 2015. Deux échelles de temps sont mises en évidence. (1) l'échelle de l'échantillonnage, i.e. de l'heure, répond à des phénomènes de subsurface, et révèle qu'un fluide hydrothermal refroidi conductivement (T<150°C) est stocké dans la roche poreuse entourant le site de décharge. (2) l'échelle de temps pluri-annuelle montre une fluctuation des conditions de P et T apparentes de la zone de séparation de phase et du degré d'altération du substratum dans la zone de réaction. Les variations intersites du rapport Ca/Na (indicateur du degré d'albitisation) sont dues à la séparation de phase, à l'exception des sites du Sud-Est du lac de lave qui indiquent un degré d'altération plus élevé. La concentration en Li et sa composition isotopique indiquent que le basalte du substratum est relativement frais avec des rapports W/R proches de 1 pour tous les groupes, avec des d7Li du fluide identiques au substratum. Pour le Sr nous calculons des rapports W/R plus élevés, autour de 7-8, qui sont dus au Sr de l'eau de mer initiale qui est partiellement stocké et à la formation de minéraux secondaires(l'albite et l'anhydrite) lors des interactions eau-roche dans le faciès schiste vert. La faible teneur en métaux des fluides situés autour du lac de lave est probablement due à un piégeage en subsurface, équivalent à ~65% du Fe mobilisé dans la zone de réaction (basé sur les teneurs des fluides de Capelinhos). La variabilité de chlorinité des fluides de Lucky Strike offre l'opportunité d'étudier le comportement des terres rares à l'échelle d'un site hydrothermal. Ainsi, nous montrons l'effet de la séparation de phase sur les terres rares légères et lourdes ainsi que le lien entre l'Eu et le cycle géochimique du Sr. Les terres rares dissoutes dans le panache hydrothermal montrent une perte au cours du mélange ainsi que des phénomènes de redissolution visible via la signature isotopique en Nd. Cette modification des compositions isotopiques en Nd de l'eau de mer profonde est similaire au " boundary exchange " observé aux interfaces océan-plateforme continentale. Au vue de la répartition des champs hydrothermaux sur les dorsales océaniques, ce phénomène pourrait avoir un impact sur le bilan océanique du Nd et donner lieu à un phénomène de " ridge exchange ".

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Chavagnac, Valérie
Ceuleneer, Georges
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Géosciences Environnement Toulouse (GET), UMR 5563
Mots-clés libres :Fumeur noir - Séparation de phase - Isotope - Circulation hydrothermale - Variabilité spatio-temporelle
Sujets :Sciences de la terre
Déposé le :15 Dec 2017 18:37