MASTER RECHERCHE « MAGMAS ET VOLCANS
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MASTER RECHERCHE « MAGMAS ET VOLCANS » L’objectif de la seconde année du Master Recherche « Magma et Volcans » est de donner aux étudiants une formation pour la recherche et par la recherche dans tous les domaines du magmatisme, depuis la formation et la genèse des magmas, jusqu’à leur mise en place tout en prenant en compte les aspects humains et environnementaux (prévision et prévention des risques). Le but est de donner aux étudiants une formation aussi bien technique que fondamentale, suffisamment générale pour leur permettre d’intégrer ultérieurement n’importe quelle formation doctorale européenne. Formation pratique de terrain sur les volcans actifs d’Italie (Photo JF Lénat). LES 6 RAISONS POUR LESQUELLES VOUS DEVEZ VOUS INSCRIRE AU MASTER RECHERCHE « MAGMAS ET VOLCANS » 1) Le laboratoire Magmas et Volcans fait partie du laboratoire d’excellence (Labex CLERVOLC). C’est le plus grand laboratoire de recherche français (et l'un des plus importants au Monde) entièrement dédiés à l'étude des processus magmatiques et volcaniques. 2) Son exceptionnel potentiel de chercheurs et enseignants chercheurs permanents (59) ainsi que d’ingénieurs et techniciens (25), vous assure la certitude d’un encadrement de qualité et adapté à la spécialité que vous avez choisie. 3) De 80 à 100% (selon les années) des étudiants titulaires du Master « Magmas et Volcans » ont obtenu un financement de thèse en France ou à l’étranger. 4) Le parc technique et analytique, vous garantit une formation aux techniques les plus modernes des sciences de la Terre dans les domaines de la volcanologie, de la géochimie et de la magmatologie expérimentale. 5) Les chercheurs du Laboratoire Magmas et Volcans travaillent sur les plus importants ensembles volcaniques actifs au monde (Andes, Islande, La Réunion, Comores, Indonésie, Caraïbes, Nouvelle Zélande, Amérique centrale, etc.). Etudier la magmatologie au LMV vous fait aussi bénéficier de cette expérience et de cette compétence planétaire. 6) Le Master Magmas et Volcans possède un label international : INVOGE : (INternational geological master in VOlcanology and GEotechniques). Il s’agit d’un master commun entre l’UBP, l’université de Milan-Bicocca (Italie), l’université « Michigan technological » (EtatsUnis) et l’université de Buffalo (Etats-Unis). Via le programme UE-USA « Atlantis », il finance l’échange d’étudiants entre ces établissements (~12 étudiants/an). Objectifs pédagogiques du M2: Cette seconde année se déroule selon 3 axes pédagogiques : 1) Un travail de terrain. Celui ci, dure 2 semaines et porte d’une part sur l’étude des volcans actifs d’Italie, et d’autre part sur les domaines magmatiques et métamorphiques profonds des Alpes. Ce stage a lieu dès le début de l’année universitaire. Le travail de terrain, est la base incontournable de toute bonne recherche en Sciences de la Terre. C’est là que sont posés les problèmes et fixées de nombreuses contraintes. Le stage a pour but, non seulement de montrer des objets géologiques, mais surtout d’apprendre aux étudiants à observer et à mesurer, en d’autres termes de leur apprendre à acquérir les données qui seront indispensables au développement de leurs recherches. Etude des gaz du système hydrothermal du Visite du l'Observatoire Volcanologique du Vulcano (Photo JF Lénat) Vésuve (Photo JF Lénat) En route vers les sommets (Photo C. Analyse de la déformation (Photo C. Nicollet) Nicollet) Travail de nuit au sommet du Stromboli Dépôt de soufre dans le cratère du Vulcano (Photo E. Martin) (Photo G. Avard) 2) Des cours en salle. La structure donnée à ces cours est basée sur des modules de 12 heures. Au cours du premier trimestre, une semaine entière est consacrée à chaque module. De manière idéale, les matinées (3 heures) sont consacrées à un enseignement classique. Les après-midi, quant à elles sont réservées à un travail personnel des étudiants sur le thème de la semaine (exercices, recherche et/ou synthèse bibliographique, etc.). Le but est de ne pas cantonner les étudiants dans une réception passive du message des enseignants mais au contraire de leur donner une part active dans l’élaboration et la consolidation de leurs connaissances. 3) Un stage de recherche. Celui-ci se fait en laboratoire sous la responsabilité d’un ou deux encadrants. Il commence dès le début du mois de janvier, laissant ainsi aux étudiants la possibilité de lui consacrer environ 5 mois ½ . Le but est de donner à l’étudiant une formation scientifique et technique à la recherche lui permettant soit de poursuivre ses études en thèse, soit d’entrer directement dans la vie active. Spectromètre de Masse Triton-T1 Presse Multi enclume Objectifs scientifiques du M2: La politique scientifique du M2 “ Magmas et Volcans ”, poursuit deux buts complémentaires : 1) donner aux étudiants une formation de haut niveau aussi complète que possible dans le domaine de la magmatologie ; 2) donner à ces mêmes étudiants une compétence technique et une culture générale en Sciences de la Terre qui puisse leur permettre à l’issue du Master, soit de poursuivre en thèse dans une autre école doctorale, soit d’entrer directement dans la vie active. Le premier point repose sur une bonne adéquation de l’enseignement du Master et des sujets du stage de recherche aux axes de recherche des laboratoires. Pour cela, les sujets de 1ère et 2ème année de Master (tout comme les sujets de thèse) présentés par les chercheurs font l’objet d’une discussion et éventuellement d’une sélection par un comité constitué des responsables pédagogiques du Master et des directeurs des équipes de recherche. La bonne adéquation des sujets aux axes de recherche des équipes est le garant de l’intérêt porté au travail des étudiants par l’ensemble des chercheurs et constitue ainsi un gage de la qualité de la formation qu’il reçoit. Bien évidemment cette politique est poursuivie au niveau de l’Ecole Doctorale lors de la sélection des sujets de thèse et de l’attribution des bourses. Le second volet, est basé sur une formation plus généraliste. Ceci se manifeste par exemple, par la part importante accordée aux stages de terrain, apprentissage indispensable à tout géologue. En complément, une partie des cours porte sur l’acquisition d’outils, il s’agit là de donner aux étudiants une formation et des connaissances utilisables dans tous les domaines des Sciences de la Terre. Exploitation d'un modèle analogique de Ligne d’extraction de l’oxygène pour la Volcan mesure de sa constitution isotopique Objectifs professionnels: Au terme de la seconde année de master, la cible essentielle de cette formation est de préparer les étudiants à des études doctorales, c’est pourquoi, outre l’acquisition et l’approfondissement des connaissances dans le domaine de la magmatologie, notre formation procure aux étudiants toutes les clefs, méthodes, techniques et savoir faire propres à la recherche scientifique en général. Ce dernier point a pour but de permettre des réorientations thématiques plus aisées et donc une meilleure adaptabilité de nos étudiants à d’autres formations doctorales ou à d’autres thématiques. Bien que l’objectif essentiel de la formation soit de préparer les étudiants à une poursuite d’études doctorales, nous considérons comme fondamental de veiller à ce que le master recherche les prépare aussi à une entrée immédiate dans la vie active en particulier comme techniciens ou ingénieurs dans des laboratoires de recherche publics ou privés. D’autre part, la large ouverture du Master 2 actuel à des étudiants provenant d’autres pays de la communauté européenne, offre de vastes possibilités de contacts et des potentialités de recrutement dans d’autres pays de la CEE. Elle participe ainsi à élargir les horizons professionnels de nos étudiants. Interferrogramme du Piton de la Fournaise Mesures géophysiques au Piton de la Fournaise Cursus pré requis : Le niveau nécessaire pour intégrer le M2 est soit un M1 (ou Maîtrise) en Sciences de la Terre, en Sciences Physiques ou en Chimie, ou tout diplôme national (ingénieur) ou étranger considéré comme équivalent par le jury du Master. Admission en M2 : Compte tenu des possibilités d’encadrement et d’accueil des laboratoires de recherche, le passage du M1 au M2 n’est pas automatique, mais au contraire fait l’objet d’une sélection des étudiants. L’admission en M2 “ Magmas et Volcans ” est prononcée par le jury après examen des dossiers, si nécessaire le jury peut solliciter un entretien avec les candidats. Une liste principale d’admission de 12 à 15 étudiants est établie ainsi qu’une liste complémentaire qui est utilisée en cas de désistement d’un étudiant de la liste principale. Flux et débouchés : Compte tenu des possibilités d’encadrement et d’accueil des laboratoires de recherche nous souhaitons maintenir les flux entrant d’environ 15 étudiants par an, afin de pouvoir assurer à chacun un encadrement optimal. Des statistiques portant sur les 4 dernières années montrent qu’entre 80 et 100% des étudiants issus du Master 2 « Magmas et Volcans » obtiennent un financement de thèse, en France et en Europe mais aussi hors CEE (Canada, USA, Australie…). Radar Doppler en action sur les flancs de l’Arenal (Costa Rica) Expérience de fusion partielle du manteau (1 GPa, 1295°C) Contenu des enseignements : Compte tenu du caractère international de ce Master (INVOGE), et afin de renforcer la formation des étudiants à la langue scientifique internationale qu’est l’anglais certains cours (~1/3) sont bilingues (Français-Anglais) ou intégralement donnés en langue anglaise. UE « Stage de terrain » (10 ECTS) : - Module : Terrain 20 jours d’étude sur le terrain des volcans actifs d’Italie, et d’autre part sur les domaines magmatiques et métamorphiques profonds des Alpes. - Module : Mécanismes métamorphiques Rhéologie de la lithosphère, mécanismes de déformation, fluage, rupture, profils de lithosphère. Evolution thermomécanique des chaînes de montagnes (chemins P, T, t), marqueurs tectoniques et minéralogiques ; transferts de matière et de chaleur. Fluides métamorphiques. UE « Géochimie appliquée au magmatisme et à la volcanologie » (5 ECTS) : - Module : Géochimie outils Traçage des sources et des mécanismes pétrogénétiques à partir des éléments majeurs, en traces et des isotopes. Déséquilibres radioactifs : détermination de la durée des phénomènes et temps de résidence. - Module : Méthodes et savoir-faire en géochimie Apport de la géochimie des éléments en trace et de la géochimie isotopique à la quantification des flux de matière entre les différents réservoirs terrestres (croûte continentale - manteau ; manteau atmosphère ; manteau + croûte continentale hydrosphère, manteau supérieur - manteau inférieur, ...) : principes, méthodes et limites. UE « Physique des magmas et des volcans » (5 ECTS) : - Module : Pétrologie expérimentale Topologie de la phase liquide et propriétés physiques des systèmes partiellement fondus. Importance des tensions de surface. Physique de la ségrégation des magmas, rôle des forces gravitaires, rôle des contraintes. Application : fusion du manteau et extraction des magmas au niveau des rides médio-océaniques. - Module : Volcanologie Propriétés physiques des magmas et de leur écoulements : coulées basaltiques et écoulements pyroclastiques. Rôle de l’eau dans la dynamique des magmas et la dynamique éruptive, éruption des magmas riches en volatils, interactions eau – magmas, formation des caldeiras. UE « Le phénomène volcanique » (5 ECTS) : - Module : Edifice volcanique Apports des données de la géochimie, de la pétrologie expérimentale, de la géophysique et de la volcanologie sur le fonctionnement d’un édifice volcanique (dynamique éruptive, surveillance, prévision et gestion des risques et des crises, etc .). L’édifice sera un volcan autre que de zone de subduction (La Réunion, Etna ?) - Module : Aléas volcaniques Risques volcaniques (nature, effets, prévention). Prévention à long terme (carte de risques). Surveillance instrumentale et prévision à court terme. Méthodes géophysiques de surveillance de l'activité volcanique (sismicité, déformation, magnétisme, géoélectricité, …). Etude des signaux associés à des crises volcaniques récentes et prévision de l'activité volcanique. UE « Etudes de cas » (5 ECTS) : - Module : Zone de subduction Apports des données de la géochimie, de la pétrologie expérimentale, de la géophysique et de la volcanologie sur le fonctionnement d’une zone de subduction (dynamique, magmatisme, fluides, risques volcaniques, etc.). - Module : Croûte continentale Apports des données de la géochimie, de la pétrologie expérimentale, de la géophysique et de la modélisation sur notre connaissance de la croissance crustale et de son évolution temporelle (dynamique du magmatisme lithosphérique moderne et croissance crustale actuelle; la croûte continentale juvénile et son évolution spatiotemporelle. Le recyclage de la croûte continentale,…). UE « Stage de recherche » (30 ECTS) : Le stage de recherche est effectué en laboratoire sous la responsabilité d’un ou deux encadrants. Il commence dès le début du mois de janvier, laissant ainsi aux étudiants la possibilité de lui consacrer environ 5 mois ½ . Le but est de donner à l’étudiant une formation scientifique et technique à la recherche lui permettant soit de poursuivre ses études en thèse, soit d’entrer directement dans la vie active. Le Stage sera suivi de la rédaction d’un mémoire (environ 50 pages) et d’une soutenance orale. Ce point est important car il permet d’évaluer non seulement les qualités scientifiques de l’étudiant, mais aussi ses capacités à exposer et communiquer ses résultats. La principale structure d’accueil des stages sera le Laboratoire Magmas et Volcans (LMV), mais aussi l’établissement co-habilité de l’Université de La Réunion Le stage de recherche est effectué en laboratoire sous la responsabilité d’un ou deux encadrants. Il commence dès le début du mois de janvier, laissant ainsi aux étudiants la possibilité de lui consacrer environ 5 mois ½ . Le but est de donner à l’étudiant une formation scientifique et technique à la recherche lui permettant soit de poursuivre ses études en thèse, soit d’entrer directement dans la vie active. Le Stage sera suivi de la rédaction d’un mémoire (environ 50 pages) et d’une soutenance orale. Ce point est important car il permet d’évaluer non seulement les qualités scientifiques de l’étudiant, mais aussi ses capacités à exposer et communiquer ses résultats. La principale structure d’accueil des stages sera le Laboratoire Magmas et Volcans (LMV), mais aussi l’établissement co-habilité de l’Université de La Réunion MASTER “MAGMAS et VOLCANS” Stage de Recherche 2011 - 2012 Titres des sujets proposés : 1. Quantification des paramètres éruptifs à la source des panaches de cendres par sondage radar. Responsable : Franck Donnadieu 2. Influence de la polydispersité des écoulements pyroclastiques sur leur dynamique de mise en place : approche par expérimentation avec écoulements granulaires fluidisés. Responsable : Olivier Roche 3. Evolution pression—température du dôme de Johannesburg (Afrique du Sud) : contraintes pour l’évolution crustale et la tectonique Archéenne Responsables: Jean-François Moyen et Carl Anhaeusser 4. Identification de la source des téphras distaux de la marge d’Equateur par caractérisation physico-chimique de cendres fines. Responsables: Jean-Luc Le Pennec et Jean-Luc Devidal 5. Migration de liquides dans le manteau profond. Responsables: Nathalie Bolfan-Casanova et Tahar Hammouda 6. Les péridotites orogéniques hercyniennes dans le Massif Central : étude pétrologique et géochimique Responsables: Dmitri. Ionov, Jean-François Moyen 7. Chemin pression-température-déformation d’une chambre magmatique exhumée au Piton des Neiges (île de la Réunion). Responsables : Laurent Michon, Laurent Famin et Patrick Bachélery 8. Bilan de masse et vélocimétrie des écoulements pyroclastiques du Tungurahua par imagerie thermique. Responsables: Jean-Luc Le Pennec, Andrew Harris et Karim Kelfoun 9. Etude de la dynamique des processus de dégazage par des capteurs IR et UV. Responsables: Andrew Harris et Bani Philipson 10. Développement du système isotopique La-Ce : application aux roches archéennes et aux laves d’arc. Responsables : M. Boyet, C. Pin 11. Down flow textural and chemical evolution of channel-fed lava Responsables: Lucia Gurioli et Andrew Harris 12. Tomographie géophysique de la structure des édifices volcaniques Responsables: Philippe Labazuy et Jean-François Lénat. 13. L’origine du manteau lithosphérique dans la zone de transition océan - continent en Asie NE à partir de microstructures et teneurs en éléments majeurs et traces. Responsables : Dmitri. Ionov et Jean-Louis Paquette 14. Le magmatisme tardi-orogénique magnésio-potassique : approche géochimique et expérimentale Responsables : Jean-François Moyen, Oscar Laurent, Gaëlle Prouteau (ISTO Orléans) 15. Relation entre Volcanisme et Tectonique dans la région d’Arequipa, au sud Pérou par couplage de méthodes de polarisation spontanée et gaz du sol. Responsable : Anthony Finizola MASTER “MAGMAS et VOLCANS” Stage de Recherche 2011 - 2012 Liste détaillée 1. Quantification des paramètres éruptifs à la source des panaches de cendres par sondage radar. Responsable : Franck Donnadieu Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Clermont-Ferrand Contact : F. Donnadieu +33 04 73 34 67 59 ! [email protected] Les radars Doppler volcanologiques sont de puissants outils de télédétection pour l’étude et la surveillance des panaches de cendres. Ils permettent notamment de quantifier leur dynamique dans le détail, en fournissant des mesures de vitesses d’éjection et de l’énergie rétrodiffusée par les particules. Avec des informations sur la granulométrie des dépôts, la puissance des échos radar peut-être inversée pour obtenir estimations des masses et des flux émis à la source. L’Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand possède plusieurs radars Doppler transportables et de nombreuses données ont été acquises sur plusieurs volcans et plusieurs types de régimes éruptifs (Strombolien, panaches de cendres). L’un de ces systèmes devrait être mis en œuvre sur le volcan Popocatépetl (Mexique) dans le cadre d’une campagne de mesure de longue durée débutant en 2011. Le candidat dépouillera et analysera les premières mesures de la nouvelle campagne radar, et les comparera aux données déjà acquises sur ce volcan en 2007. Grâce aux algorithmes d’inversion mis au point, il quantifiera notamment les masses cumulées des émissions de cendres en utilisant les données granulométriques collectées par nos collègues mexicains. Une étude comparative avec les vidéos des caméras de surveillance et les données sismométriques mènera à une interprétation sur la dynamique des panaches de cendres pour l’activité actuelle et sur leur mode de formation. 2. Influence de la polydispersité des écoulements pyroclastiques sur leur dynamique de mise en place : approche par expérimentation avec écoulements granulaires fluidisés. Responsable : Olivier Roche Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Clermont-Ferrand Contact : O. Roche +33 04 73 34 67 68 ! [email protected] Les écoulements pyroclastiques consistent en des mélanges de gaz et de particules volcaniques dont les modes de propagation et de dépôt sont encore mal compris. Une de leurs principales caractéristiques est leur forte polydispersité, car les particules qu’ils contiennent ont des tailles recouvrant plusieurs ordres de grandeur. L’objectif du projet est de réaliser des expériences analogiques d’écoulements granulaires fluidisés en laboratoire afin d’étudier leur dynamique de mise en place et les éventuels processus de ségrégation qui l’accompagnent. Les expériences seront menées dans le dispositif déjà mis au point dans le laboratoire de Volcanologie expérimentale du LMV. Des écoulements non-permanents peuvent être créés à partir d’un réservoir de fluidisation, et ils se propagent dans un chenal dont l’angle de pente peut être ajusté. Le travail consistera à réaliser des expériences avec des mélanges granulaires polydisperses ayant des modes de distribution de taille variés. Les expériences seront filmées à l’aide d’une caméra vidéo haute-vitesse. L’analyse des films permettra de déterminer la cinématique des écoulements ainsi que leur(s) mode(s) de mise en place et de ségrégation éventuelle. Il s’agira de caractériser en détail les parties mobiles et statiques, et d’identifier leur évolution spatiale et temporelle. La dynamique des écoulements sera également étudiée en mesurant la pression d’air interstitiel à l’aide de capteurs disposés dans le chenal. Ces mesures auront pour but de déterminer l’état de fluidisation des écoulements et d’étudier les relations entre la pression d’air et le mode de mise en place. Les données seront acquises grâce à un échantillonneur haute-fréquence puis traitées avec le logiciel VEE-Pro. Méthodes utilisées : Expérimentation sur écoulements granulaires fluidisés polydisperses, caméra vidéo haute-vitesse, capteurs de pression. 3. Evolution pression—température du dôme de Johannesburg (Afrique du Sud) : contraintes pour l’évolution crustale et la tectonique Archéenne Responsables: Jean-François Moyen et Carl Anhaeusser (University of the Witwatersrand, Johannesburg) Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Saint Etienne. Contact : J-F. Moyen +33 (0)4 77 48 15 10 ! [email protected] Les modalités de la tectonique Archéenne restent très mal comprises ; un des éléments qui limitent notre compréhension est sans doute l’absence de trajets PTt bien contrôlés. Ce projet vise à établir l’évolution pression-température d’un fragment de croûte Archéenne : le dôme de Johannesburg, au centre du craton du Kaapvaal en Afrique du sud ; il enregistre environ 300 Ma d’histoire géologique, avec plusieurs phases successives d’intrusion de roches granitiques et de déformation. Les intrusions successives sont bien datées, et associées à des phases de déformation successives. Dans ce projet, on utilisera différentes roches pour construire une histoire P—T synthétique, de 3.4 à 3.1 Ga : les granitoïdes (qui contiennent ici souvent de l’amphibole, il est donc possible d’utiliser les baromètres basés sur la teneur en Al des amphiboles pour contraindre leur pression de mise en place) et les fragments de ceintures de roches vertes. Le projet repose sur une étude pétrographique des différentes roches l’analyse microsonde des minéraux et la modélisation thermodynamique (PERPLE_X) des assemblages minéralogiques. Méthodes utilisées : Pétrographie, thermodynamique (PERPLE_X) microanalyse (microsonde électronique), modélisation 4. Identification de la source des téphras distaux de la marge d’Equateur par caractérisation physico-chimique de cendres fines. Responsables: Jean-Luc Le Pennec et Jean-Luc Devidal Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Clermont-Ferrand Contact : J-L. Le Pennec +33 04 73 34 67 82 ! [email protected] Le volcanisme des Andes d’Equateur est caractérisé par de nombreuses éruptions de puissance inégale, produites à partir d’un arc chimiquement hétérogène. Les grandes éruptions sont enregistrées dans la sédimentation terrestre et marine de la marge d’Equateur, notamment sur les terrasses soulevées de la côte, mais aussi dans les carottes de forage acquises lors de la campagne à la mer AMADEUS (2005). Des échantillons de cendre permettent d’établir une chronologie de certaines grandes éruptions tardiquaternaires, et de mieux connaître les récurrences des éruptions de magnitude élevée dans l’arc EquateurColombie. De plus, ces cendres donnent des informations sur les taux de surrection récents de la zone côtière et sur les vitesses de sédimentation au niveau de la marge d’Equateur. En pratique, l’objectif du M2R est d’étudier une sélection de niveaux de cendres collectés à terre et en mer, d’estimer l’âge à partir de divers éléments (stratigraphie, âges radiocarbone etc.), et de déterminer le volcan qui en est à l’origine. Méthodes utilisées : Les techniques de caractérisation à mettre en œuvre reposent sur la granulométrie par diffraction laser, analyse chimique des minéraux et du verre à la microsonde, imagerie texturale au MEB. 5. Migration de liquides dans le manteau profond. Responsables: Nathalie Bolfan-Casanova et Tahar Hammouda Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Clermont-Ferrand. Contact : N. Bolfan-Casanova +33 04 73 34 67 42 ! [email protected] Les observations sismologiques les plus récentes mettent en évidence l’existence d’une zone à faible vitesse des ondes P et S dans le manteau supérieur profond, au dessus de la discontinuité sismique à 410-km de profondeur. Cette chute de vitesse est interprétée comme étant due à la présence de liquide. Or, le manteau n’est pas censé fondre aux températures que l’on pense régner à ces profondeurs-là (13 GPa et 1400°C). L’explication la plus plausible est qu’il y a de l’eau à ces profondeurs et on sait que l’eau abaisse le point de fusion des roches. Par ailleurs, certains auteurs ont montré que ces liquides peuvent être plus denses que le manteau environnant, ce qui voudrait dire, qu’ils stagnent aux fortes profondeurs. Nous pensons que, même si ces liquides sont denses ils devraient percoler dans le manteau. En effet, ces liquides sont d’une part très réactifs et d’autres part peu visqueux à cause de leur teneur en eau. Ils devraient donc probablement s’infiltrer dans le manteau supérieur. Le but de ce stage est de mesurer ce phénomène d’un point de vue expérimental. Les résultats permettront d’apporter des contraintes sur le devenir des magmas très profonds et de fournir une explication aux faibles zones de vitesses observées au dessus de la discontinuité à 410 km. Méthodes utilisées : Expérimentation HP (presse multi-enclumes), microscopie électronique à balayage, microanalyse (microsonde électronique), analyse d’image. 6. Les péridotites orogéniques hercyniennes dans le Massif Central : étude pétrologique et géochimique Responsables: Dmitri. Ionov, Jean-François Moyen Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Saint Etienne. Contact : D. Ionov +33 (0)4 77 48 15 12 ! [email protected] Bien que l’évolution orogénique soit un processus à l’échelle lithosphérique, il est très rare d’avoir accès à des affleurements permettant de retracer l’histoire géologique du manteau, si bien que les processus qui se déroulent en dessous de la croûte sont mal compris. Dans le Massif Central, un chevauchement hercynien majeur sépare les unités inférieures et supérieures des gneiss (UIG, USG) ; ce chevauchement est jalonné de petits massifs de roches profondes, dont des péridotites. Malgré leur proximité géographique, ces péridotites sont assez mal décrites, en particulier du point de ve de leur géochimie. Le but de ce projet est d’étudier les péridotites du Lyonnais et du Haut-Allier au point de vue pétrologique et géochimique pour en décrire l’origine et l’évolution (appauvrissement, métasomatisme avant ou pendant l’histoire orogénique…), ainsi que leur rôle dans l’évolution de la chaîne hercynienne (manteau océanique obducté, manteau souscontinental…). Méthodes utilisées : Microscopie électronique à balayage, microanalyse (microsonde électronique), ICPMS ablation laser. 7. Chemin pression-température-déformation d’une chambre magmatique exhumée au Piton des Neiges (île de la Réunion). Responsables : Laurent Michon, Laurent Famin et Patrick Bachélery Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire GéoSciences Réunion, Université de la Réunion. Contact: L. Michon +33 262 93 82 04 ! [email protected] La Réunion présente une configuration particulièrement propice à l’étude des volcans basaltiques, puisqu’elle permet de comparer un volcan très actif (le Piton de la Fournaise) avec son homologue inactif profondément incisé par l’érosion (le Piton des Neiges). Ce sujet se concentre sur l’étude du cirque de Salazie au Piton des Neiges, où affleure une unité de gabbro, témoin d’une ancienne chambre magmatique refroidie. Le sommet du gabbro est marqué par une intense déformation ductile et cassante, indiquant que tout l’édifice volcanique a glissé sur le toit de sa chambre. Pour comprendre comment les volcans basaltiques se détruisent, il est indispensable de déterminer si cet effondrement s’est produit au cours de l’activité de la chambre, ou après son refroidissement. L’autre question essentielle à résoudre concerne la profondeur de formation de la chambre magmatique. Ces deux résultats revêtent une importance particulière pour interpréter les déformations actuelles du Piton de la Fournaise et estimer la stabilité à long terme de ce volcan actif. L’objectif de ce sujet de stage est de déterminer la profondeur de cristallisation de la chambre magmatique du Piton des Neiges, ainsi que les conditions pression et température de déformation de cette chambre. Le candidat ou la candidate retenu(e) devra mener une étude microstructurale des textures de cristallisation et de déformation du gabbro (sur le terrain et en laboratoire), ainsi qu’une étude pétrographique et géochimique des minéraux magmatiques (associés à la cristallisation du gabbro) et métamorphiques (associés à la déformation du gabbro). Les analyses élémentaires seront effectuées par MEB et microsonde électronique au Laboratoire Magmas et Volcans à Clermont-Ferrand. Les profondeurs de cristallisation magmatique seront déterminées grâce à des cartographies d’éléments volatils (eau et CO2 surtout), effectuées par microscopie infrarouge à transformée de Fourier à l’Université de la Réunion. Le stage se déroulera à la fois à Clermont-Ferrand et à la Réunion. Les candidats devront présenter un goût prononcé pour le terrain, l’étude des lames minces et la géochimie en domaine à la fois magmatique et métamorphique. Ce sujet sera susceptible de déboucher sur une thèse intégrant les données de pressiontempérature-déformation dans une modélisation numérique du comportement mécanique des édifices volcaniques. 8. Bilan de masse et vélocimétrie des écoulements pyroclastiques du Tungurahua par imagerie thermique. Responsables: Jean-Luc Le Pennec, Andrew Harris et Karim Kelfoun Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Clermont-Ferrand Contact : J-L. Le Pennec +33 04 73 34 67 82 ! [email protected] Les éruptions récentes du Tungurahua (Equateur) ont produit des écoulements pyroclastiques qui ont dévalé les pentes du volcan, ce qui a conduit à des évacuations répétées. Contrairement aux écoulements principaux qui ont atteint le pied du volcan et sont bien connus, certaines nuées se sont déposées dans des secteurs inaccessibles, si bien que leurs importances volumétriques et massiques demeurent inconnues. Des images par caméra thermique acquises pendant la mise en place de certains écoulements permettent d’aborder l’analyse cinématique de leur mise en place. De plus, l’extension et la température de surface des dépôts ont été filmées peu après l’éruption. L’objectif de cette recherche est triple : (1) reconstituer précisément la distribution des dépôts de nuées à partir des images thermiques et des données GPS de terrain; (2) déterminer la dynamique des nuées à partir du chronométrage disponible; (3) développer un modèle permettant d’estimer la masse de dépôt en refroidissement à partir des images acquises par caméra thermique. Ces recherches seront effectuées pour les crises éruptives à nuées de 2006 et 2010, et seront si possible étendues aux coulées de lave mises en place pendant ces périodes. Méthodes utilisées: Exploitation de données géographiques par SIG ; modélisations d’écoulement et de refroidissement, calculs de bilans thermiques et massiques. 9. Etude de la dynamique des processus de dégazage par des capteurs IR et UV. Responsables: Andrew Harris et Bani Philipson Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Clermont-Ferrand Contact : A. Harris +33 04 73 34 67 37 ! [email protected] De nombreux volcans manifestent un dégazage continu, dont plusieurs d’entre eux sont caractérisés par des lacs de lave et/ou une activité strombolienne. Le volcan Stromboli en est l’exemple le plus caractéristique. Lors de ces manifestations continues de type strombolien, le dégazage s’effectue pendant et entre les nombreuses explosions récurrentes. Ces flux de dégazage peuvent fournir des informations sur la quantité de magma dégazé, la quantité de magma impliquée dans les processus de convection dans le conduit, et la masse de magma émis pendant des événements explosifs, ainsi que sur la dynamique de ces phénomènes explosifs. La mesure des processus de dégazage à la fois pendant des phases actives (explosives) et passives (en continu) s’effectue à l’aide de caméras ultraviolet (UV) et infrarouge (IR) et de spectromètre UV. Ces outils permettent de mesurer des flux de gaz et de chaleur à des fréquences allant jusqu’à 60 Hz, offrant ainsi la possibilité de suivre dans le détail la dynamique des émissions explosives, qui généralement changent de manière rapide. De plus, l’utilisation combinée de capteurs IR et UV est particulièrement intéressante puisqu’elle permet de faire des mesures de dégazage aussi bien la nuit que le jour, et permet également de quantifier les flux de chaleur, de volume et de gaz avec un seul jeu de données. Ce travail portera sur l’analyse des données IR et UV obtenues pendant des phases de dégazages explosives et passives du volcan Stromboli. Des données sont déjà disponibles mais des futures missions sont envisagées afin d’obtenir une base données caractéristiques. La comparaison et la corrélation des données obtenues par les deux approches permettront de caractériser, comprendre et comparer les formes d’ondes associées aux dégazages passifs et explosifs. Les résultats obtenus seront également utilisés pour bien caractériser les capacités de ces caméras UV et IR à haute résolution. Les résultats seront, par la suite, utilisés pour tester et appliquer des modèles de dynamiques éruptives pour les systèmes volcaniques à dégazage passif et explosif en continu. 10. Développement du système isotopique La-Ce : application aux roches archéennes et aux laves d’arc. Responsables : M. Boyet, C. Pin Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Clermont-Ferrand. Contact : M. Boyet +33 04 73 34 67 35 ! [email protected] Description : Le système isotopique lanthane-cérium est basé sur la désintégration du 138La en 138Ce (,!1/2 = 105 Ga). Les éléments impliqués sont deux lanthanides adjacents, ce qui assure une très bonne cohérence géochimique, comparable à celle du système Sm-Nd (T1/2 = 106 Ga). Plus spécifiquement, le rapport 138Ce/142Ce mesuré dans une roche est le reflet du rapport La/Ce intégré dans le temps de son réservoir source. Le Ce présente la particularité unique parmi les lanthanides de pouvoir exister dans la nature sous forme +3 ou +4 suivant les conditions d’oxydo-réduction. Ce changement de valence se produit dans les environnements supergènes (notamment les dépôts océaniques). Le système isotopique La/Ce est donc un outil de premier ordre pour étudier les effets éventuels à long terme des composants issus d’environnements affectant potentiellement l’état de valence du Ce, ce qui est particulièrement intéressant en géodynamique chimique vis-à-vis des problèmes de recyclage par subduction plus ou moins profonde de matériaux ayant résidé à la surface du globe. En particulier, son application aux laves d’arcs volcaniques ouvrirait d’intéressantes perspectives pour préciser la nature des matériaux enfouis au niveau des zones de subduction, et par conséquent estimer les bilans de matériel ainsi réinjecté dans le manteau. Couplé au système Sm-Nd, le La-Ce permettrait de mieux caractériser les sources des roches puisque comme pour le système Rb-Sr, l’élément père est plus incompatible que l’élément fils. Cette approche est particulièrement intéressante pour l’étude des échantillons altérés ou métamorphisés pour lesquels le système Rb-Sr est très généralement perturbé. Difficultés analytiques : Si peu de travaux ont été réalisés sur ce système isotopique ceci peut être expliqué par les difficultés analytiques posées. En effet, à cause des interférences isobariques, une séparation chimique parfaite est requise de ces 2 éléments aux propriétés très proches. De plus l'isotope père 138La ne représente que 0,09% du lanthane et l'isotope fils 138Ce correspond à un isotope mineur (0,26%) du cérium. Les variations du rapport 138Ce/142Ce sont donc infimes. Le spectromètre de masse à thermo-ionisation (Triton) présent au laboratoire Magmas et Volcans offre l’avantage de mesurer les rapports isotopiques très précisément et de pouvoir accepter de forts courants ioniques, tels que celui de l'isotope majeur (88.5%) 140 Ce. Cet instrument devrait ainsi permettre de développer l’utilisation du système La-Ce. Matériel étudié : Afin de d’évaluer le potentiel de ce système isotopique, différentes études seront réalisées : 1. Analyse de matériel archéen (Isua Supracrustal Belt, Groenland) datés à 3.7 Ga par les méthodes LuHf et Sm-Nd. Les âges pourront ainsi être comparés et discutés et la source de ces basaltes mieux caractérisée. 2. Analyse de laves d’arc intra-océanique de l’ophiolite de Betts Cove (Terre Neuve, Ordovicien inférieur). Méthodes utilisées: Ce sujet est basé sur le développement analytique du système La-Ce. Deux méthodes de séparation chimiques seront testées (séparation sur résine cationique par acide methyllactique et méthode par chromatographie d'extraction à l'aide de HDEHP). L’ICPMS (Agilent 7500) sera utilisé pour calibrer les colonnes, mesurer le rendement et ainsi valider les techniques de séparation. Enfin les mesures isotopiques obtenues par spectromètre de masse à thermo-ionisation (Triton, Laboratoire Magmas et Volcans) et par multi-collector ICPMS (Nu 500, Ecole Normale Supérieure de Lyon) seront comparées. 11. Down flow textural and chemical evolution of channel-fed lava Responsables: Lucia Gurioli et Andrew Harris Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Clermont-Ferrand. Contact : L.Gurioli +33 04 73 34 67 37 ! [email protected] This study will focus on an analysis of lava samples collected down a 6-km-long lava channel within Kilauea’s Mauna Ulu lava flow field. This flow unit was emplaced during May-June 1974 and represents an outstanding laboratory at which to examine spatial and temporal changes in lava flow dynamics within a channel-fed system. Flow was likely pulsatory and likely varied between 10 and 420 m3 s-1. Flow would also likely have undergone changes in temperature and crystallinity during transit down the channel, which in turn would have effects flow rheology, dynamics and the morphology of the resulting channel constructs. To date, the channel has been mapped and sampled, approximately every 250 m, from the vent down to its end. Because crystallization, degassing (vesicularity) and chemical variations along its run-out can have important impacts on the heat budget and rheology, we will focus on textural analyses (in terms of vesicularity and crystallinity abundance and distribution) as well as chemical analyses to determine how these parameters vary down flow. These data will thus be used to investigate variations and combine the macroscopic features variations of this lava with the microscopic variations inside the flow. These, in turn, will be used to estimate the rheological and dynamical conditions in the flow. Méthodes utilisées : Microscopie électronique à balayage, microanalyse (microsonde électronique), analyse d’image. 12. Tomographie géophysique de la structure des édifices volcaniques Responsables: Philippe Labazuy et Jean-François Lénat. Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Clermont-Ferrand. Contact: Ph. Labazuy +33 04 73 34 67 29 ! [email protected] L’ambition du projet ToMuVol est de développer une méthode d’imagerie muonique appliquée à l’étude des systèmes volcaniques et de déployer cette technologie sur des sites volcaniques actifs. L’exploration non invasive de la structure des volcans se fait par transmission en utilisant les muons cosmiques de haute énergie et à haut pouvoir pénétrant, qui réussissent à traverser plusieurs kilomètres de roche s’ils ont suffisamment d’énergie. La tomographie muonique a ainsi la capacité de produire une coupe, intégrée sur l'épaisseur, de la densité de l'édifice avec une très bonne résolution spatiale. Si les mesures sont répétées au cours du temps, des modifications éventuelles (volcan actif) peuvent être détectées. Si un même massif est imagé selon plusieurs points de vue, la structure 3D peut être calculée. L’approche scientifique proposée dans le cadre de ce stage de M2 concerne la phase de validation de l’approche méthodologique du projet d’imagerie muonique, sur un site expérimental de référence, le Puy de Dôme. Pour ce faire, parallèlement aux expériences de tomographie muonique, plusieurs campagnes d’acquisition de données géophysiques sont programmées au Puy de Dôme, afin de fournir, par des méthodes indépendantes, des images géophysiques de la structure interne de l’édifice. - L’imagerie électrique, méthode géophysique novatrice et très performante en contexte volcanique, permettra d’obtenir une tomographie 2D de résistivités électriques, qu’il est alors possible d’interpréter en termes de structures volcaniques afin de reconstituer la géométrie interne de l’édifice volcanique étudié. Cette méthode fournira une coupe comparable à celle de la tomographie muonique, mais avec un paramètre physique différent Le fait de disposer de deux paramètres physiques pour décrire la structure interne d'un édifice peut être critique pour contraindre les interprétations structurales. - Enfin, l’acquisition d’un jeu de données gravimétriques de haute résolution spatiale, avec un maillage de 50 m environ, permettra de calculer un modèle précis de la distribution des densités au sein de l’édifice, qui sera comparée à la tomographie densitométrique du volcan acquise par radiographie muonique. 13. L’origine du manteau lithosphérique dans la zone de transition océan - continent en Asie NE à partir de microstructures et teneurs en éléments majeurs et traces. Responsables : Dmitri. Ionov et Jean-Louis Paquette Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Saint Etienne et Clermont-Ferrand. Contact : D. Ionov +33 (0)4 77 48 15 12 ! [email protected] Le sujet est la première étape d’un nouveau projet pluriannuel « Structure, formation et évolution de la lithosphère profonde (manteau et croûte inférieure) dans la zone de transition océan - continent en Eurasie NE », probablement avec une bourse de thèse pour 2012-2015. Le projet a pour objectif général d’établir l’origine de la lithosphère le long de la côte Pacifique de l’Asie NE (Sibérie, Japon) à partir des études pétrologiques, pétrophysiques, géochimiques, isotopiques (radiogéniques et stables) et géochronologiques. Le but sera de caractériser et dater les enclaves de roches profondes provenant de la marge continentale transportées à la surface par des éruptions volcaniques. Ces enclaves échantillonnent le manteau (péridotites réfractaires et fertiles) et la croûte profonde (rares granulites); elles sont probablement affectées par les fluides issus de zones de subduction voisines. La comparaison des ces roches avec les enclaves provenant du centre de la Sibérie (thèse L. Doucet, 2009-2012) et des zones de subduction modernes (thèse A. Bénard, 2008-2011) vont fournir des informations sur l’évolution temporelle de la lithosphère terrestre et sur le recyclage lithosphérique à l’échelle planétaire. Dans le cadre du sujet de stage de M2, nous souhaitons débuter ce projet par les études de microstructures et de pétro-géochimie des enclaves mantelliques de la Sibérie NE. Les objectifs sont 1/ contraindre la nature de la source profonde de ces enclaves en identifiant des résidus de la fusion partielle de l’asthénosphère et 2/ caractériser les roches métasomatisées, notamment affectées par les fluides issus de la zone de subduction du Pacifique. Aucunes données sur des enclaves mantelliques dans ce région n’ont jamais été publiés auparavant (ancien domaine militaire soviétique), une publication rapide dans une revue internationale est prévue à la base de l’étude. De manière pratique, ce sujet de stage de M2 comporte plusieurs volets: - caractériser une série représentative d’enclaves par la pétrographie optique (microstructures) à l’aide des nouveaux macroscope et microscope de haute qualité Leica ainsi que les logiciels d’acquisition et de traitement d’images installés récemment à LMV/TL à St Etienne. - déterminer la composition chimique des minéraux par la microsonde électronique (majeurs) et par ablation laser - ICPMS (traces) (LMV Clermont) et calculer les températures de l’équilibration. - préparer des poudres de roches totales et les faire analyser par la méthode rayons X (XRF) pour les éléments majeurs (site St Etienne). - dans la mesure du possible, réaliser une étude géochronologique préliminaire U/Th/Pb sur les minéraux des enclaves granulitiques par LA-ICPMS (LMV Clermont). - utiliser les informations pétrologiques et géochimiques pour apporter des contraintes sur la structure, la composition et l’origine du manteau de la marge Pacifique de l’Eurasie. Méthodes utilisées : Microscopie optique, analyse d’images numérisées. Analyses d’éléments majeurs par microsonde électronique. Analyse d’éléments en trace dans les minéraux par LA (ablation laser) - ICPMS. Géochronologie in situ U/Th/Pb par LA-ICPMS. Analyse d’éléments majeurs dans les roches totales par rayons X (XRF). 14. Le magmatisme expérimentale tardi-orogénique magnésio-potassique : approche géochimique et Responsables : Jean-François Moyen, Oscar Laurent, Gaëlle Prouteau (ISTO Orléans) Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire Magmas et Volcans à Saint Etienne. Contact : J-F. Moyen +33 (0)4 77 48 15 10 ! [email protected] Les périodes tardi-orogéniques, de l’Archéen à l’actuel, connaissent un important magmatisme très diversifié qui inclue des roches allant de lamprophyres à des diorites, à des granites et des syénites. L’origine de ce magmatisme est mal compris ; du manteau enrichi par les processus de subduction précollision est nécessaire, mais on ne forme pas de magmas granitiques par fusion directe du manteau. Dans ce projet, on se propose donc d’essayer de comprendre comment on forme les granitoïdes magnésiopotassiques des périodes post-orogéniques, en couplant l’étude d’objets naturels (plutons d’Afrique du Sud à ca. 2.7 Ga ; granites viséens du Massif Central Français) et une approche expérimentale (recherche des phases stables au liquidus de ces magmas, fusion de sources possibles). Méthodes utilisées : Terrain, pétrologie, géochimie roche totale (majeurs/traces), pétrologie expérimentale 15. Relation entre Volcanisme et Tectonique dans la région d’Arequipa, au sud Pérou par couplage de méthodes de polarisation spontanée et gaz du sol. Responsable : Anthony Finizola Laboratoire d’accueil du stage: Laboratoire GéoSciences Réunion, Université de la Réunion. Contact: A. Finizola +33 262 93 82 06 ! [email protected] Les stratovolcans du sud Pérou présentent diverses caractéristiques morphologiques affectant la globalité de l’édifice, telles que grandes cicatrices, effondrements latéraux de flanc, alignement d’édifices, ou linéaments visibles sur images satellites. Toutefois, il n’est pas toujours évident de définir le rôle précis de la tectonique et des failles actives dans la genèse de ces traits morphologiques de surface. Dans la région d’Arequipa, trois édifices d’âge différent, les volcans Chachani, Misti et Pichu Pichu, sont alignés selon un axe Nord-Ouest Sud-Est. L’objectif de ce stage est d’identifier les structures de nature tectonique localisées entre les édifices Chachani, Misti et Pichu Pichu et d’étudier leurs impacts sur la morphologie de ces trois édifices. Cette identification se fera par couplage de méthodes sensibles aux variations de perméabilité dans le sol telles que la polarisation spontanée et les méthodes de gaz diffus dans le sol. Ces mesures devront permettre de mieux contraindre à grande échelle les relations en structure et tectonique. L'étudiant(e) devra être très motivé(e) par du travail particulièrement difficile de terrain. Son stage de recherche s’effectuera au sein du Laboratoire GéoSciences Réunion, à l’Université de la Réunion. Méthodes utilisées : Polarisation spontanée, gaz diffus dans le sol et géologie de terrain.
