Geochemical and Sr, Nd, Pb isotope investigation of the New Caledonia ophiolite

L’ophiolite de Nouvelle Calédonie présente une des plus grandes sections de manteau océanique obductées au monde, offrant une perspective unique pour l’étude des processus du manteau supérieur. Les roches du manteau appartiennent à une séquence ophiolitique “atypique”, dominée par des harzburgites réfractaires avec quelques lherzolites à spinelle et à plagioclase. À l'exception de quelques cumulats mafiques-ultramafiques, la partie crustale de l'ophiolite est totalement absente. Cette ophiolite a été étudiée depuis plusieurs décennies, toutefois sa nature ultra-appauvrie a rendu très difficile une caractérisation géochimique détaillée. La littérature scientifique ne regroupe que quelques données sur les éléments en trace et les données isotopiques sont totalement inexistantes. Dans ce travail de thèse, une étude géochimique exhaustive (éléments majeurs, en trace et isotopes Sr-Nd-Pb) des péridotites et des roches mafiques associées à l’ophiolite a été réalisée. Les péridotites sont des tectonites avec des textures porphyroclastiques. Les lherzolites à spinelle ont 7-8 vol% de clinopyroxène riche en Na2O et Al2O3 (jusqu’à Na2O 0.5 wt%; 6.5 wt% Al2O3), teneur en Fo de l’olivine de 88.5 à 90.0 mol%, bas valeurs du Cr# du spinelle (13-17), attestant la nature fertiles de ces roches. A l’inverse les harzburgites costituent des roches très réfractaires : ils ne contiennent pas de clinopyroxène primaire et les teneurs en Fo de l’olivine (90.9-92.9 mol%), le Mg# de l’orthopyroxène et le Cr# du spinelle (39-71) sont élevés. Les spectres de concentrations en REE présentent des caractéristiques typiques de formation dans un environnement abyssal pour les lherzolites à spinelle, alors que les harzburgites ont des spectres en U typiques d’environnement d’avant-arc. Les compositions en REE des lherzolites à spinelle sont compatibles avec un bas degré de fusion fractionnée (8-9%) d'une source DMM, commençant dans le domaine de stabilité du grenat. Au contraire les concentrations en REE des harzburgites indiquent un haut degré de fusion d’une source DMM, en accord avec une fusion hydratée en environnement d’avant-arc. Les lherzolites à plagioclase présentent des microtextures d’imprégnation, des spinelles riches en Cr2O3 et TiO2 et un enrichissement progressif en REE, Ti, Y, Zr. Les models des elements en trace indiquent que les lherzolites à plagioclase résultent des lherzolites à spinelle par séquestration des liquides MORB très appauvris au sein de la lithosphere oceanique. Les roches intrusives sont des gabbronorites à olivine avec des compositions très appauvries (87.3≤Fo ol≤88.9 mol.%, 87.7≤Mg# Cpx≤92.2, An Pl=90-96 mol%). Le haut Mg#, le bas teneur de TiO2 des pyroxènes, la composition en anorthite du plagioclase et le models des éléments en trace montrent que les magmas parents des gabbronorites sont des magmas primitifs, très appauvries, formés dans un environnement de subduction. Les premières données isotopiques Sr-Nd-Pb mettent en évidence l’existence d’une source du type manteau DM modifiée par différents processus. Les isotopes du Sr-Nd-Pb obtenus pour les lherzolites indiquent une source DM (+6.98≤ epsilon Ndi≤+10.97) affecté par de l’hydrothermalisme de basse température. Les harzburgites sont caracterisées par une grande variation des valeurs isotopiques du Sr, Nd et Pb, avec des rapports s’étendant depuis de compositions de type DM jusqu’à des valeurs typiques du réservoir EM2 (-0.82≤ epsilon Ndi≤+17.55), indiquent que la source a été fortement affectée par des processus associés à la subduction. Inversement, pour le roches mafiques l’ensemble trace-isotopes du Sr-Nd-Pb suggérent une source mantellique homogène de composition similaire au manteau Indienne, affecté par circulation de fluids dans l’environment de subduction. En conclusion, les caractéristiques geochimiques des lherzolites indiquent une évolution en environnement de bassin marginal, à proximité d'une faille transformante, alors que les harzburgites auraient acquis leurs principales empreintes géochimiques et isotopiques en environnement de subduction.