Olivine in kimberlites

Les kimberlites sont des roches magmatiques ultrabasiques particulières, sans équivalent actuel. Très potassiques et riches en volatiles, elles remontent vers la surface, outre des diamants, des xénolithes et xénocristaux, fragments de manteau terrestre. Les kimberlites sont classées en deux grands groupes (types I et II) en fonction de leurs caractéristiques géochimiques héritées de leur source mantellique (soit manteau lithosphérique versus manteau asthénosphérique soit métasomatisme d’intensité différente).

Dans certaines kimberlites, les xénolithes et xénocristaux sont constitués en quasi totalité d’olivine (dunite) et les olivines montrent une très large gamme de composition chimique au sein d’un même échantillon (teneur en forstérite : Fo88 à Fo94), identique à la gamme de composition enregistrée mondialement par les olivines de différents types de péridotite du manteau (Fo89 à Fo94). Ces deux aspects requièrent un processus modifiant conjointement la composition minéralogique du manteau et la composition chimique de ses olivines au cours de la formation ou de l’évolution des kimberlites. Le processus envisagé de façon consensuelle pour expliquer la formation des dunites est la réaction de fluides pauvres en silice et riches en CO₂ avec les lithologies péridotitiques du manteau, entraînant la dissolution du pyroxène. Ou et quand ce produisent ces interactions ? La plupart des auteurs proposent qu’elles aient lieu au sein du magma kimberlitique lors de la remontée vers la surface (e.g., Kamenetsky et al., 2008 ; Russell et al., 2012 ; Pilbeam et al., 2013) mais Arndt et al., (2010) proposent qu’elles aient lieu dans le manteau lors d’interactions fluides/roches.
Ces deux modèles ont des implications différentes sur le rôle des fluides kimberlitiques (et carbonatitiques) comment agent de métasomatisme du manteau lithosphérique. En effet, si les interactions se produisent dans le manteau, elles entrainent une défertilisation de celui-ci (en consommant les minéraux fertiles tels que l’orthopyroxène), et résultent donc dans un métasomatisme complètement différent de celui proposé dans la plupart des environnements géodynamiques (qui se traduit alors par une refertilisation du manteau avec la cristallisation de pyroxène).
Nous avons donc entrepris une étude couplée de la géochimie des olivines (éléments mineurs et en trace par microsonde électronique http://isterre.fr/moyens-techniques/chimie-mineralogie/analyse-du-solide/article/microsonde-electronique-jeol-jxa-2201) et des microstructures associées à leur déformation dans le manteau lithosphérique (EBSD) afin de contraindre ou et quand se produisent les interaction péridotite / fluides.

Collaborations :
ISTerre : N. Arndt, A. M. Boullier, V. Batanova
Geosciences Montpellier : F. Barou

Financement :
2014 : OSUG2020 (6K€)
http://www.osug.fr/labex-osug-2020/actions-soutenues/recherche/geochimie/etude-du-manteau-sous-continental-geochimie-et-mineralogie-des-xenolithes-dans-les-kimberlites.html

Publications :
Cordier C., Sauzeat L., Arndt N., Boullier, A.-M., Batanova V., Barou F. (2017) Quantitative modelling of the apparent decoupling of Mg# and Ni in kimberlitic olivine margins : a reply to the comment on Cordier et al. (2015) by Moore A. Journal of Petrology, accepted.

Cordier C., Sauzeat L., Arndt N., Boullier, A.-M., Batanova V., Barou F. (2016) The geochemical complexity of kimberlite rocks and their olivine populations : a reply to the comment on Cordier et al. (2015) by Andrea Giuliani & Stephen F. Foley. Journal of Petrology, 57, 927-932.

Cordier C., Sauzeat L., Arndt N., Boullier, A.-M., Batanova V., Barou F. (2015) Metasomatism of the lithospheric mantle immediately precedes kimberlite eruption : New evidence from olivine composition and microstructures. Journal of Petrology 56, 1775-1796. link

Conferences :

Cordier C., Sauzeat L., Arndt N. T., Boullier A. M., Barou F. (2014) Les olivines dans les kimberlites : métasomatisme du manteau lithosphérique profond. Réunion des Sciences de la Terre, 3.2.02.

Cordier C., Arndt N. T., Sauzeat L., Boullier A. M. (2014) Olivine in kimberlites : lithospheric versus shallow processes. General Meeting of the International Mineralogical Association, 2, p. 192.

Cordier C., Sauzeat L., Arndt N. T., Boullier A. M. (2014) Olivine in kimberlites : metasomatism of the deep lithospheric mantle. European Geosciences Union General Assembly, 16, #11390.

Sauzeat L., Cordier C., Arndt N. (2013) How kimberlites form : clues from olivine geochemistry. Mineralogical Magazine, Goldschmidt Conference Abstracts, 77, #2141.