Soutenance de thèse de Francesca Piccoli

Francesca Piccoli, doctorante dans l'équipe Géobiologie, soutient sa thèse le lundi 16 octobre 2017 à 14 h.

IMPMC - UPMC - 4 place Jussieu, 75005 Paris, tour 23, 4^e étage, couloir 22-23, salle 401

High-Pressure carbonation: a petrological and geochemical study of carbonated metasomatic rocks from Alpine Corsica

Resumé

Le cycle global du carbone est fortement lié au bilan entre l’enfouissement en profondeur du carbone dans les zones de subduction, et les émissions de CO₂ dans l'atmosphère par dégazage volcanique et métamorphique. Dans la zone d’avant arc (75-100 km en profondeur), les réactions de volatilisation et la dissolution des carbonates induite par l'infiltration des fluides aqueux sont les processus à l'origine de la production de fluides de composition C-O-H. La percolation de fluides COH à travers des roches de la plaque plongeante et du manteau n'est pas seulement critique pour le recyclage du carbone, mais elle joue aussi en rôle sur le contrôle de l'état d’oxydoréduction du manteau, sur la mobilisation des éléments non volatils, ainsi que sur la rhéologie de ces roches. Cependant, les connaissances sur l'évolution de ces fluides à hautes pressions sont très limitées. Cette étude est centrée sur la caractérisation pétrologique, géochimique et isotopique des échantillons naturels de roches métasomatiques carbonatées de l'unité en facies lawsonite-eclogite de la Corse Alpine (France). Dans ce travail, il sera démontré que l'interaction des fluides COH avec des roches silicatées à hautes pressions (entre 2-2.3 GPa et 490-530 ° C) peut causer la dissolution des silicates et la précipitation de carbonates, processus défini comme carbonatation à haute pression. Une caractérisation pétrologique et géochimique détaillée des échantillons, couplée à une étude systématique des isotopes de l'oxygène, du carbone et du strontium-néodyme sera utilisée pour déduire la composition et l'origine multi-source des fluides impliqués. Les implications géochimiques des interactions fluide-roche seront quantifiées par des calculs de bilan de masse et de flux de fluides intégrés dans le temps. Cette étude met en évidence l'importance de la remonté des fluides COH le long des gradients en pression et température pour le stockage du carbone dans les zones de subduction. La carbonatation à haute pression est donc parmi les processus qui contrôlent les flux du carbone entre les différents réservoirs en zone de subduction.

Abstract

The balance between the carbon input in subduction zone, mainly by carbonate mineral-bearing rock subduction, and the output of CO₂ to the atmosphere by volcanic and metamorphic degassing is critical to the carbon cycle. At fore arc-subarc conditions (75-100 km), carbon is thought to be released from the subducting rocks by devolatilization reactions and by fluid-induced dissolution of carbonate minerals. Carbon-bearing fluids will form after devolatilization and dissolution reactions. The percolation of these fluids through the slab- and mantle-forming rocks is not only critical to carbon cycling, but also for non-volatile element mass transfer, slab and mantle RedOx conditions, as well as slab- and mantle-rock rheology. The evolution of such fluids through interactions with rocks at high-pressure conditions is, however, poorly constrained. This study focuses on the petrological, geochemical and isotopic characteristic of carbonated-metasomatic rocks from the lawsonite-eclogite unit in Alpine Corsica (France). In this work, it is demonstrated that the interaction of COH fluids with slab lithologies can lead to high-pressure carbonation (modeled conditions: 2 to 2.3 GPa and 490-530°C), characterized by silicate dissolution and Ca-carbonate mineral precipitation. A detailed petrological and geochemical characterization of selected samples, coupled with oxygen, carbon and strontium, neodymium isotopic systematic will be used to infer composition and multi-source origin of the fluids involved. Geochemical fluid-rock interactions will be quantified by mass balance and time-integrated fluid fluxes estimations.  Rock-carbonation by fluid-rock interactions may have an important impact on the residence time of carbon and oxygen in subduction zones and lithospheric mantle reservoirs as well as carbonate isotopic signatures in subduction zones. Lastly, carbonation may modulate the emission of CO₂ at volcanic arcs over geological time scales.

Jury

• M. Jörg Hermann - Professor - University of Bern - Rapporteur
• M. Philippe Goncalves - Maître de conférences - Université de Franche-Comté - Rapporteur
• M. Giovanni Aloisi - CNRS, DR - Université Pierre et Marie Curie - Examinateur
• Mme. Anne Verlaguet - Maître de conférences - Université Pierre et Marie Curie Examinatrice
• Mme. Isabelle Martinez - Maître de conférences - Université Paris Diderot -  Examinatrice
• M. Benoit Dubacq - CNRS, CR - Université Pierre et Marie Curie - Examinateur
• M. Alberto Vitale Brovarone - CNRS, CR - Université Pierre et Marie Curie - Directeur de thèse