Equilibre orthopyroxène-spinelle : Etude expérimentale et théorique - Application aux riches issues du manteau supérieur

Abstract

Le présent travail étudié les roches caractéristiques du manteau supérieur lithosphérique, les lherzolites à spinelle ; il aborde le problème de l’équilibre orthopyroxène-spinelle par deux approches complémentaires : 1) Par une étude minéralogique détaillée de quelques échantillons prélevés dans des contextes géodynamiques distincts. 2) Par l’étude expérimentale de l’équilibre orthopyroxène-spinelle dans un système simplifiée (MASCr).

Au cours de cette étude, nous avons mis en évidence les variations des teneurs en aluminium et en chrome dans l’orthopyroxène, leurs corrélations avec la texture de chaque échantillon, avec la composition du spinelle en équilibre avec l’orthopyroxène et avec les conditions physiques (température) ayant contrôlé les différents stades de déformation-recristallisation. A partir de la description détaillée de l’évolution de la composition du spinelle, nous avons qu’au sein de la corrélation générale marquée par la substitution MgA1204=FeCr204, il peut y avoir des évolutions contraires. Cette étude a montré que l’équilibre orthopyroxène-spinelle se matérialise à la fois par l’échange rapide du fer et du magnésium, et par un partage beaucoup plus lent de l’aluminium et du chrome. Ce double comportement des éléments divalents et trivalents pourra être utilisé à des fins géovélocimétriques. L’étude expérimentale des relations d’échange entre orthopyroxène et spinelle dans le système simplifié Cr203-Mg0-Al203-Si02 a été réalisée avec des compositions plus ou moins riches en chrome, entre 1000 et 1300°C, et à des pressions comprises entre 8 et 12 Kb. Les résultats obtenus confirment certaines études théoriques antérieures et démontrent les points suivants : 1) L’orthopyroxène synthétisé en équilibre avec le spinelle est stoechiométrique dans la solution solide enstatite-molécules magnésiennes alumineuses et chromifères de Tschermaks. 2) La teneur en aluminium de l’orthopyroxène augmente avec la température. Il ya une relation inverse entre la somme des trivalents et la quantité de chrome présente dans le système. 3) Le coefficient de distribution Al/Cr entre orthopyroxène et spinelle augmente avec la température.

Ces nouvelles données expérimentales ont fait l’objet d’un traitement mathématique par méthode d’inversion généralisé, ce qui nous a permis d’obtenir une équation géothermométrique applicable aux roches ultrabasiques du faciès des lherzolites à spinelles. T°(K) = ( 61490 – 16000 ( YCr Sp.)2 ) / ( 27 -8.314 Log Kd )