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Université de Lille - Sciences et Technologies

Bâtiment SN5

Avenue Paul Langevin

59655 Villeneuve d'Ascq Cedex


Thèmes de Recherche :

Identification des processus et quantification des bilans de masse au niveau de la croûte terrestre – Applications en relation au métamorphisme de contact

 

Domaines de compétence : cartographie, pétrologie, approches géochimiques, quantification des transferts de matière, modélisation thermodynamique (Perple_X), pétrologie expérimentale

 


Mots Clés :

métamorphisme de contact, processus de formation des skarns, interactions fluides-roches, transferts de matière, circulations fluides, fusion partielle carbonates

 


En Cours :

ACTIVITES DE RECHERCHE

 

Au cours de mon travail de thèse, je me suis intéressé à déterminer les évolutions minéralogiques et géochimiques qui prennent place au contact entre des roches sédimentaires carbonatées et des roches intrusives silicatées lors d’un épisode de métamorphisme de contact à l’intérieur du massif de Quérigut (Pyrénées, France). Ce travail, par une approche multidisciplinaire, apporte une nouvelle conception dans la formation des exoskarns à l’intérieur des septa carbonatés du massif de Quérigut. Deux processus géologiques principaux permettent d’expliquer l’évolution minéralogique et géochimique des marbres. Le premier fait intervenir des réactions de décarbonatation permettant de produire les minéraux calc-silicatés présents. Le second processus semble être une forte perte de calcite à l’intérieur des marbres qui permettrait d’expliquer les fortes pertes de CaO dans le système (atteignant jusqu’à 85% des teneurs initiales). Les processus métasomatiques, généralement invoqués dans la formation des skarns, ne semblent occuper qu’un rôle mineur. Une étude basée sur une modélisation thermodynamique (constructions de pseudosections avec l’utilisation du logiciel Perple_X) tend à confirmer les interprétations faites sur les roches naturelles. En effet, les évolutions des paragenèses métamorphiques, de la composition de la phase fluide et de la composition chimique du système observées sur les roches naturelles sont prédites par les modélisations thermodynamiques.

Au cours de mon post-doctorat, je me suis intéressé à la possibilité d’une fusion partielle des carbonates au cours d’un épisode de métamorphisme de contact. Cette hypothèse est traitée par une approche en pétrologie expérimentale. La température d’apparition du premier magma carbonaté dans le système binaire Calcite-H2O apparaît entre 650 et 600°C à 1000 bars, soit près de 100°C inférieure à celle déterminée par des études précédentes (Tfus=740°C, Wyllie and Tuttle, 1959,1960). De telles températures sont régulièrement atteintes dans des auréoles de contact et permettent d’envisager un processus de fusion partielle de carbonates dans de tels environnements. Afin de pouvoir identifier des minéraux carbonatés issus d’un magma carbonaté, le système de départ a été dopé avec d’autres carbonates et une solution de REE afin de déterminer les coefficients de partition entre le magma et la calcite.

 


Fusion partielle de carbonates à basse pression (1000 bars) et haute température (500 à 850°C). (Post-doctorat)

 

Pétrologie expérimentale. Expériences de fusion partielle dans le système binaire calcite-eau via une approche expérimentale (lignes hydrothermales verticales, P=1000 bars, 500

 

Photo illustrant la fusion partielle de calcite dans le système binaire calcite-H2O. Conditions de l’expérience : P=1000bars, T=700°C, Cc/H2O=0.05wt%.

 

Photo illustrant la fusion partielle de calcite dans le système binaire calcite-H2O. Conditions de l’expérience : P=1000bars, T=700°C, Cc/H2O=0.05wt%.

 


Marqueurs géochimiques. L’objectif est de trouver des marqueurs géochimiques permettant la reconnaissance de minéraux carbonatés issus de la cristallisation d’un magma carbonaté. L’approche expérimentale se base sur le système calcite-eau enrichi en divers carbonates (Mg, Mn, Fe, Sr et Ba) et en Terres Rares (solution de REE). L’étude a permit d’établir des coefficients de partition (KD) entre la calcite et le magma calcique très inférieurs à 1 pour de nombreux éléments (Mg, Fe, REE). Ces résultats permettent alors de suggérer un marquage géochimique propre aux minéraux calciques issus de la cristallisation à partir d’un magma carbonaté.

 

Analogie sur des roches naturelles. Etude sur le Massif de l’Uzza au sein du batholithe de l’Adamello (Alpes, Italie). Ce massif se compose de multiples intrusions de corps gabbroïques issus de magmas riches en eau dans un encaissant dolomitique homogène. L’objectif de cette étude est de tester la fusion partielle des dolomies lors de l’épisode de métamorphisme de contact en se basant sur les résultats d’une approche expérimentale. Cette étude fait actuellement l’objet d’un projet de recherche accepté par le Fond National Suisse (voir partie « Projet de recherche »).

 


Circulations fluides, transferts de matière et évolution minéralogique entre deux réservoirs à géochimie contrastée : Les septa carbonatés dans les granites du Quérigut (Pyrénées, France). (Thèse)

 

Cette étude se base sur l’analyse détaillée de profils échantillonnés perpendiculairement à la zone de contact entre des roches sédimentaires carbonatées (encaissant et xénolithes) et des roches intrusives silicatées (granites et granodiorites).

 

Cartographie géologique – Géologie de terrain. Etablissement de la carte géologique de la partie sud-ouest du massif de Quérigut (Pyrénées, France) et de sa notice géologique explicative. Cartographie de détail avec une attention particulière apportée sur la géométrie des septa sédimentaires emprisonnés à l’intérieur des roches intrusives. Collaboration avec le Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM).

 

Etude des circulations fluides. Etude basée sur l’analyse des isotopes stables O et C. L’objectif est de déterminer le régime des circulations fluides lors du métamorphisme de contact : Comparaison des processus de circulations fluides entre encaissant carbonaté et granitoïdes et entre xénolithes carbonatés et granitoïdes (processus advection/diffusion, système fermé/ouvert aux fluides extérieurs). Les zones de contact entre l’encaissant carbonaté et les granitoïdes se comportent comme des systèmes ouverts aux circulations de fluides extérieurs avec une prédominance des processus d’advection. Au contraire, les zones de contact entre xénolithes carbonatées et granitoïdes ne sont pas ouvertes aux arrivées de fluides extérieurs avec des processus de diffusion dominants.

 

Transferts de matière. Etude basée sur l’évolution géochimique des éléments majeurs, traces et Terres Rares (utilisation du logiciel Isocon ; Baumgartner and Olsen, 1995). L’objectif est la quantification des transferts de matière associés au métamorphisme de contact entre xénolithes carbonatés et roches intrusives (mobilité/immobilité des éléments chimiques, gain/perte de volume, processus de formation des skarns). Les résultats ont permit de mettre en évidence une forte perte de calcite en direction de la zone de contact avec les roches intrusives ainsi que de fortes pertes de volume (atteignant jusqu’à 90% du volume initial). Ce processus s’accompagne d’une concentration passive des éléments chimiques non constitutifs de la calcite. Les échanges de matière entre les encaissants carbonatés et silicatés sont limités et correspondent à un processus mineur lors de la formation des exoskarns.

 

Transferts de matière lors de l’évolution métamorphique des xénolithes carbonatés du Massif de Quérigut marqués par une forte perte de CaO et CO2 et un apport limité en SiO2 et Al2O3.

 

Transferts de matière lors de l’évolution métamorphique des xénolithes carbonatés du Massif de Quérigut marqués par une forte perte de CaO et CO2 et un apport limité en SiO2 et Al2O3.

 

Modélisation pétrogénétique. Modéliser l’évolution pétrogénétique des xénolithes carbonatés du Massif de Quérigut (modélisation thermodynamique basée sur l’établissement de pseudosections, utilisation du logiciel Perple_X). L’objectif est d’établir une cartographie des relations de phases existantes en fonction des conditions de pression, température, composition fluide, fugacité en oxygène et transfert de matière. Cette modélisation arrive à prédire l’évolution des assemblages métamorphiques et les modes observés sur les échantillons naturels en tenant compte de l’évolution des différents paramètres des approches décrites précédemment (composition de la phase fluide, réactions de décarbonatation, perte de calcite).

 

Modélisation thermodynamique (pseudosection ; logiciel Perple_X) illustrant l’évolution des modes et des assemblages métamorphiques observés dans les xénolithes du Massif de Quérigut en fonction des transferts de matière et de la composition de la phase fluide.

 

Modélisation thermodynamique (pseudosection ; logiciel Perple_X) illustrant l’évolution des modes et des assemblages métamorphiques observés dans les xénolithes du Massif de Quérigut en fonction des transferts de matière et de la composition de la phase fluide.

 

 

Géochimie isotopique Sr-Nd des carbonatites d’âge Eocène supérieur de Tamazert (Haut-Atlas, Maroc) – Comparaison avec les termes silicatés et implications sur les régions sources. (DEA, 2003)

 

Relations géochimiques entre les carbonatites et les roches intrusives associées. Etude basée sur les relations géochimiques (majeurs, traces, isotopes radiogéniques Sr-Nd) entre les carbonatites et les roches intrusives associées (syénite, pyroxénites) du Massif de Tamazert. Les caractères radiogénique en Nd et non radiogénique en Sr permettent de conclure à une source mantellique de nature appauvrie sur le long terme avec l’existence d’un lien génétique entre les carbonatites et les roches intrusives silicatées.

 

Genèse des magmas carbonatitiques du Massif de Tamazert. Travail basé sur l’étude des systèmes isotopiques Rb/Sr et Sm/Nd afin de proposer un modèle génétique pour l’évolution des magmas carbonatitiques. L’étude a principalement été basée sur l’interprétation des âges modèles. Les âges modèles ont permit de dater approximativement un épisode de fractionnement majeur des Terres Rares (Sm/Nd) autour de 320 Ma permettant d’envisager un lien avec l’orogène hercynienne avant la mise en place des carbonatites à 40-45 Ma. D’après ces résultats, il semble que la lithosphère continentale ait pu jouer un rôle majeur dans l’évolution des sources et dans le mode de mise en place du complexe de Tamazert.

 


L’origine des plagiogranites associés avec les complexes ophiolitiques – Approche isotopique Sr-Nd – Application aux plagiogranites d’Albanie (TER, Maîtrise, 2002).

 

Géochimie des isotopes radiogéniques Sr et Nd. Etude effectuée en vu de décider de l’origine du magma à l’origine des plagiogranites et de contraindre le contexte et les mécanismes de genèse des plagiogranites. Les données isotopiques et les rapports d’éléments traces mettent en évidence une source d’origine mantellique typique du magmatisme d’arc avec une contamination de la source par des fluides d’origine crustale. Ces résultats permettent de suggérer une mise en place de ces roches acides en contexte compressif lors d’un épisode de subduction.

 

PROJETS DE RECHERCHE

 

Dolomite melting investigations from the Adamello contact aureole

 

Projet de recherche : requête acceptée par le Fond National Suisse de la recherche scientifique (FNS)

Objectif du projet de recherche : Cette étude propose de tester la fusion partielle de carbonates à partir d’échantillons naturels provenant de l’auréole de contact de la Cima Uzza (Massif de l’Adamello, Alpes, Italie). Le métamorphisme de contact affecte une formation dolomitique homogène datant du Trias intrudée par des magmas mafiques hydratés de haute température (magmas gabbroïques). L’objectif de cette étude est basé sur la comparaison de deux méthodologies différentes et complémentaires afin de tester la fusion partielle de carbonates. Premièrement, une approche expérimentale est proposée avec des expériences réalisées sur le protolithe dolomitique (échantillon naturel). L’objectif est de déterminer la température minimale d’apparition de magmas carbonatés et de déterminer les coefficients de partition minéral/magma pour les éléments majeurs, traces et REE. Deuxièmement, une étude détaillée des évolutions minéralogiques, texturales et géochimiques est proposée à partir d’échantillons naturels provenant de profils échantillonnés perpendiculairement à la zone de contact dans l’encaissant dolomitique. La comparaison de ces deux approches devrait permettre de mettre en évidence la présence/absence de fusion partielle de carbonates lors de l’épisode métamorphique.

 


Processus de formation des skarns et skarnoïdes associés à des concentrations en uranium dans la province de Cage (Canada)

 

Projet de recherche : projet de collaboration de recherche avec AREVA

Responsabilité : encadrement d’un post-doctorant siégeant à l’Université de Franche-Comté, Besançon –encadrement avec le Prof. Didier Marquer et le Dr. Philippe Goncalves – Début : 01-07-2009 – Durée : 18 mois.

Objectif du projet de recherche : Ce projet porte sur l’étude des processus de formation des skarns et skarnoïdes enrichis en uranium de la province de Cage (Canada). Les skarns et skarnoïdes apparaissent au contact de corps magmatiques (pegmatites) et/ou dans des zones de cisaillement ductiles. L’échantillonnage concernera des profils effectués dans des roches carbonatées et perpendiculaires aux zones de contact (pegmatites et zones de cisaillement). L’approche portera sur une étude pétrologique détaillée et sur l’étude des circulations fluides et des transferts de matière (approche géochimique : isotopes stables, géochimie des éléments majeurs, traces et Terres Rares) en relation aux processus de formations des exoskarns et des processus de concentration en uranium. L’étude aura également pour objectif de contraindre la géodynamique régionale à travers des évolutions P-T-t-d (Pression-Température-temps-déformation).


Publications :

C. Durand, D. Marquer, L. Baumgartner, P. Goncalves, P. Boulvais, and M. Rossy (in press). Large calcite and bulk-rock volume loss in metacarbonate xenoliths from the Quérigut massif (French Pyrenees). Contr. Mineral. Petrol., DOI 10.1007/s00410-008-0362-5 (IF: 3.216)

 

C. Durand, P. Boulvais, D. Marquer and M. Rossy (2006). Stable isotope transfer in open and closed system across chemically contrasted boundaries: Example from metacarbonate - granitoid contacts in the Quérigut magmatic complex (Eastern Pyrénées, France). Journ. Geol. Soc. London, 163, 827-836 (IF: 2.304)


Enseignements :

MAITRE DE CONFERENCES - UNIVERSITE LILLE 1 - 2009-présent

  • Géologie du domaine interne (niveau Licence 1ère année)
    Pétrologie magmatique (cours+TD)
  • Géomécanique (niveau Licence 2ème année)
    Microstructures (cours+TD)
  • Cycles géologiques et mesures du temps (niveau Master 1ère année)
    Géochronologie absolue (cours+TD)
  • Géologie endogène (niveau Master 2ème année)
    Processus magmatiques et métamorphiques au niveau de la croûte terrestre (cours)

PREMIER ASSISTANT – UNIVERSITE DE LAUSANNE – 2007-2009

 

VACATAIRE – UNIVERSITE DE FRANCHE-COMTE – 2004-2006


Parcours :

01-09-2009 Maître de Conférences

Université de Lille 1, France.

 

2007-2009 Post-doctorat en Sciences de la Terre

Université de Lausanne, Suisse.

 

2003-2006 Thèse de doctorat - Spécialité Sciences de la Terre.

Mention très honorable avec félicitations du jury

Université de Franche-Comté, France.

 

2002-2003 D.E.A. Processus Magmatiques et métamorphiques – Volcanologie.

Mention Assez Bien

Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand, France.

 

2001-2002 Maîtrise des Sciences de la Terre. Mention Assez Bien

Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand, France.

 

2000-2001 Licence Sciences de la Terre. Mention Assez Bien

Université de Poitiers, Poitiers, France

 

1998-2000 DEUG Sciences, option Sciences de la Terre. Mention Assez Bien

Université de Poitiers, Poitiers, France

 

1998 Baccalauréat Série S, option Sciences de la Vie et de la Terre. Mention Assez Bien

Lycée Ernest Pérochon, Parthenay, France


Mise à jour le 14/10/2009