Étude des mécanismes de distribution des isotopes du fer et du silicium entre les minéraux et les liquides silicatés lors de la différenciation magmatique

Soutenance de thèse de Ségolène Rabin, sous la direction de Michel Grégoire et Marc Blanchard

Les compositions isotopiques du fer et du silicium au sein des différents réservoirs géologiques de haute-température montrent des variations isotopiques significatives. Cependant, les mécanismes à l’origine de ces fractionnements ne sont pas clairement identifiés. La connaissance de ces mécanismes et des coefficients de fractionnement à l’équilibre est essentielle à l’interprétation des mesures faites sur les roches magmatiques naturelles. Cette étude multidimensionnelle est basée sur le calcul théorique des propriétés isotopiques du fer et du silicium dans les minéraux et les liquides silicatés, l’analyse des isotopes du fer dans les laves des Iles Kerguelen ainsi que le développement d’une méthode d’analyse in situ des isotopes du fer dans les verres silicatés et les olivines grâce à un laser femtoseconde couplé à un spectromètre de masse MC-ICP-MS. Nous présentons les propriétés isotopiques du fer et du silicium d’une variété de minéraux présents dans la croûte et le manteau, ainsi que pour la première fois, de liquides silicatés de diverses compositions. Nos résultats montrent que le fractionnement du fer et du silicium entre les minéraux contenant du Fe²⁺ est significatif même à haute température. Nous suggérons ici qu’après la température et le redox, les seconds voisins du silicium et du fer influent grandement le fractionnement isotopique. A partir des coefficients de fractionnement entre minéraux et liquides silicatés, nous proposons que la cristallisation fractionnée puisse être le processus majeur impliqué dans l’évolution isotopique du fer et du silicium lors de la différentiation magmatique. L’étude de la composition isotopique en fer des laves de Kerguelen souligne la complexité de l’évolution du point chaud au cours du temps, impliquant potentiellement une hétérogénéité du manteau. Enfin, le développement d’une méthode d’analyse couplant un MC-ICP-MS à un laser femtoseconde, a permis d’effectuer des mesures isotopiques du fer in situ d’olivines et de verres silicatés avec des incertitudes inférieures à 0.2 ‰.