«  Étude multi échelle des variations structurales, géochimiques et des propriétés magnétiques des coulées basaltiques prismées : exemple de la coulée de La Palisse (Ardèche) et de Saint-Arcons-d’Allier (Haute-Loire),
de Thiphaine Boiron

Résumé :

Des structures prismées sont fréquemment observées dans les coulées de lave comme la Chaussée des Géants (Irlande). La théorie la plus courante pour expliquer la formation de ces prismes est celle de la contraction thermique. Cependant, cette théorie permet difficilement d’expliquer certaines observations de terrain comme des structures à l’intérieur des prismes (cercles inscrits, structures radiales), ou la séparation fréquente de la coulée en trois niveaux de la base au sommet (colonnade, entablement, pseudo-colonnade). Afin d’expliquer ces observations, une nouvelle théorie apparait : celle de la digitation. Malheureusement, les données de la littérature ne sont pas suffisantes pour faire avancer le débat sur la formation des prismes dans les coulées de laves.

Dans le but d’apporter des éléments supplémentaires pour une meilleure compréhension de la structuration des coulées de lave, nous avons procédé à une étude pluridisciplinaire basée sur les propriétés magnétiques (ASM, hystérésis, ARM), les variations structurales (LPO, SPO) et géochimiques (Fluo X, ICP-AES, isotopes O et H, microsonde électronique, MEB) de deux coulées prismées du Massif Central (La Palisse, Ardèche et Saint-Arcons-d’Allier, Haute-Loire). Notre approche, réalisée sur différentes tailles d’objets (ensemble de la coulée, un niveau de la coulée et une section de prisme), nous permet de montrer que les fabriques cristallographiques (plagioclase et pyroxène) et magnétiques sont gouvernées par l’écoulement de la lave. L’orientation du plagioclase (et en moindre mesure du pyroxène) contrôle la distribution des grains de titanomagnétite à l’origine des fabriques magnétiques. Notre étude montre également que l’utilisation de l’ASM dans le but de déterminer l’orientation de l’écoulement est un outil fiable à condition d’être contrôlée ponctuellement par des mesures de fabriques cristallographiques. Bien que les observations pétrographiques et les analyses géochimiques ne montrent pas de différences significatives entre les différents niveaux d’une coulée, les paramètres d’anisotropie magnétique (P’, Km, T) mettent en avant des caractéristiques propres à chaque niveau. Les mesures de la quantité d’eau et les analyses isotopiques (H et O) montrent que l’effet de l’altération météorique est faible et que l’eau contenue dans la roche est essentiellement de l'eau de constitution. De plus, à l’échelle du prisme, des variations de deuxième ordre sont observées telles que (1) l’orientation de K1 selon la position de l’échantillon dans le prisme et (2) les paramètres d’hystérésis associés à une variation en taille de grain des magnétites (taille des grains plus importante vers le centre), ce qui suggère des conditions de cristallisation différentes entre le bord et le centre du prisme. Ces variations au sein du prisme semblent difficilement compatibles avec une structuration des coulées par la simple contraction thermique.

9 octobre 2011