Analyser les gouttelettes de magma emprisonnées pour mieux connaitre la composition de la croûte terrestre partiellement fondue
La croûte terrestre est la couche la plus externe de la Terre et constitue moins de 1 % de son volume. Composée d’une variété de roches ignées, métamorphiques et sédimentaires, elle est fragmentée en une série de plaques tectoniques. Les migmatites sont des roches métamorphiques partiellement fondues à partir desquelles se forment les granites (qui sont des roches ignées). On parle de fusion partielle lorsque seules certaines parties d’une roche fondent; ce phénomène se produit dans la partie profonde de la croûte terrestre, quand les roches sont chauffées à des températures dépassant 700 °C. À l’instar de certains processus clés de l’évolution, la fusion partielle est responsable de la différenciation compositionnelle de la croûte terrestre. L’approfondissement de nos connaissances sur ces processus est entravé par l’absence d’informations précises sur la composition des roches subissant naturellement une fusion dans la croûte terrestre.
Une approche unique intégrant observations et travaux expérimentaux
Les chercheurs travaillant sur le projet NANOGRANITES, financé par l’UE, avaient auparavant mis au point une approche de pointe pour étudier les roches partiellement fondues (migmatites) afin de déterminer la composition des roches fondues crustales naturelles. «Les études sur les nanogranites représentent un changement de paradigme dans l’approche de la fusion de la croûte terrestre, apportant de nouvelles informations aux approches expérimentales et théoriques adoptées depuis plus de 50 ans. Nous sommes désormais en mesure de déterminer (plutôt que de déduire ou de modéliser), avec précision et sur site, la composition du magma produit dans une roche spécifique et dans certaines conditions géologiques du site», note Bernardo Cesare, coordinateur du projet. Les nanogranites tirent leur nom de leur minuscule taille de grain: lorsqu’ils se cristallisent en un agrégat de minéraux, leurs dimensions se situent à l’échelle submicronique. Les observations effectuées au fil du temps ont indiqué la présence de matériaux piégés autres que le granite dans ces inclusions de fusion, si bien que, depuis 2015, les nanogranites sont appelés nanogranitoïdes. «Protégés par la roche hôte, ces nanogranites constituent souvent le seul moyen de déduire que cette roche a partiellement fondu. De plus, c’est le seul outil dont nous disposons pour étudier l’histoire des processus de formation du magma dans la croûte terrestre et analyser la composition des roches fondues crustales naturelles», note Bernardo Cesare.
Étudier la teneur en matières volatiles des nanogranites
L’un des principaux défis consistait à en savoir plus sur la quantité des différents éléments volatils présents dans les nanogranites. La composition volatile peut fortement influencer la fourchette de températures dans laquelle le magma se forme, la quantité de magma produite ainsi que sa viscosité et son explosivité. En laboratoire, les chercheurs ont réussi à reproduire les pressions et les températures qui règnent généralement au niveau de la croûte terrestre profonde et ont refondu les nanogranites en minuscules gouttelettes. Les résultats des analyses ont révélé la composition chimique complète de roches spécifiques en termes de concentrations en éléments majeurs, traces et volatils. Cette méthode avancée de refonte, développée à l’Université de Padoue, n’a été adoptée jusqu’à présent que dans trois laboratoires dans le monde. L’équipe a mené 60 expériences de refonte de nanogranites. La fusion partielle des roches a été réalisée en utilisant un appareil à piston et cylindre qui génère des pressions et des températures élevées. Les échantillons étudiés provenaient d’un site aux conditions géologiques bien caractérisées. Un des spécimens provenait de roches diamantifères à ultra-haute pression que l’on trouve généralement dans les zones profondes de subduction crustale. L’analyse des roches crustales fondues expérimentalement a permis aux chercheurs d’affiner une base de données géochimiques des roches crustales fondues naturelles, largement utilisée par la communauté géologique internationale. Les résultats du projet ont été partagés lors de séminaires et de conférences et dans le cadre de deux publications dans des revues internationales à comité de lecture. «Les nanogranites peuvent ouvrir de nouvelles fenêtres sur la compréhension des processus qui se produisent dans la croûte terrestre, en utilisant des méthodes expérimentales telles que la méthode de refonte conçue à l’origine par notre projet», conclut Bernardo Cesare.
Mots‑clés
NANOGRANITES, magma, roches crustales fondues, fusion partielle, migmatite, nanogranitoïdes
