De magma à pluton : Etude des processus de mise en place, de différenciation et durée de vie du granite de Beauvoir

Afin de mieux comprendre les mécanismes de construction granitique et de différenciation magmatique, mes travaux de thèse se basent sur le forage GPF-1 de 900 m traversant le granite à métaux rares de Beauvoir (Massif Central, France). Grâce à ces échantillons, ce travail propose un modèle pétrogénétique complet de ce granite. L'étude pétrographique et minéralogique des phases minérales (analyses in situ et cartographies chimiques) montre que le granite de Beauvoir s'est formé par l'empilement d'au moins 18 injections magmatiques (sills). Ces sills (taille : 10 à 150 m) présentant des compositions légèrement différentes, il est possible de déterminer la dynamique de mise en place du pluton : bien que ces sills se soient globalement empilés du bas vers le haut, certains d'entre eux se sont localement sous-accrétés. En effet, la diminution systématique du rapport FeO/MnO observée dans le lépidolite (Li-mica) et la columbo-tantalite (Nb-Ta oxyde) suggère que les magmas parents de ces sills ont progressivement été extraits d'un réservoir plus profond qui se différenciait petit à petit. L'absence de mélange magmatique entre ces différents sills implique qu'ils se sont mis en place dans un réservoir soit mushy, soit entièrement solide. Néanmoins, l'observation de textures de dissolution, de zonations oscillatoires et inverses dans les minéraux à travers le granite suggère que chacun de ces sills se soit formé à partir de nombreuses et petites injections magmatiques. Une fois mis en place, ces magmas ont d'abord cristallisé des quartz et topaze qui ont progressivement été extraits pour former des cumulats, tandis que les liquides résiduels enrichis en métaux rares se sont accumulés au sommet de leurs sills respectifs. L'extraction de ces liquides résiduels s'est faite sous la forme de veines, qui, une fois cristallisées correspondent à des ségrégats riches en albite, lepidolite et amblygonite (Li-phosphate). Pendant la transition magmatique-hydrothermale des magmas de Beauvoir, les fluides exsolvés ont progressivement modifié la texture et la composition de certains minéraux. Dans le cas du zircon, cette altération se caractérise par un remplacement progressif des ions Si⁴⁺ et Zr⁴⁺ par des ions peu conventionnels : P⁵⁺, Al³⁺, Ca²⁺, U⁴⁺, Mn²⁺, Fe²⁺ et F ainsi que de l'eau. Ces remplacements, associés à une forte activité radioactive des atomes d'uranium contenus dans les zircons, ont finalement rendu ces derniers complètement amorphe, limitant ainsi considérablement leur utilisation pour dater avec précision l'emplacement des granites à métaux rares. L'accent est donc mis sur une autre alternative : l'apatite, dont la datation U-Pb à haute résolution a permis de déterminer un âge d'emplacement de 314,6 ± 1,1 Ma (2σ) pour le granite de Beauvoir, ce qui situe l'activité magmatique de Beauvoir au cours de l'effondrement de la chaîne orogénique Varisque. La durée de vie de l'intrusion de Beauvoir a été estimée à l'aide de simulations thermiques, et serait d'environ 10 000 ans. Le temps de solidification de chaque sill varie de quelques dizaines à plusieurs milliers d'années, ce qui implique que les taux de refroidissement de ces magmas, en particulier ceux situés sur les bords de ces sills, étaient élevés (>0,1 °C/an). Un tel refroidissement rapide entraîne un non équilibrage textural des angles dièdres (c'est-à-dire l'angle formé entre deux plagioclases et un lépidolite). En effet, la géométrie de ces angles dièdres montre qu'ils ont certainement enregistré un épisode de croissance rapide subséquent à la mise en place de ces sills, comme en attestent également les morphologies squelettiques de certains lépidolite et plagioclase. Cette étude démontre notamment que l'étude des angles dièdres est perminente dans les systèmes felsiques, et pourrait être appliquée à des systèmes plus grands et plus chauds afin de mieux comprendre la cinétique de refroidissement de ces magmas.