Cristallisation et circulations fluides, apports de la modélisation et applications à l'estimation des paléo-vitesses.
Abstract
L'influence des circulations fluides sur la cristallisation est connue depuis de nombreuses années, cependant il existe peu d'approches quantitatives décrivant ce phénomène dans les milieux naturels. Cette étude propose une méthode d'estimation des paléo-vitesses de circulation à partir d'observations texturales et de modèles de croissance cristalline liés à l'hydrodynamique du milieu. L'étude de la texture des calcites précipitées dans les canalisations de la source thermale de Chaudes-Aigues (Cantal, France) met en évidence un allongement des sections dans le plan isomorphe (0001). Cet allongement a une distribution bi-modale avec deux orientations préférentielles symétriques par rapport à l'axe de la canalisation et faisant chacune un léger angle par rapport cet axe. Pour comprendre comment une telle texture s'est formée, un modèle analytique de croissance cristalline a été élaboré en utilisant les équations décrivant la diffusion des éléments dans le cadre de l'approximation de la couche limite. Cette approximation permet de reconstruire cette texture à partir d'une expression quasi-analytique de la croissance cristalline dans un fluide en écoulement. Malheureusement ce modèle est limité aux écoulements ayant une valeur élevée du nombre de Reynolds local. Pour s'affranchir de cette limite, une deuxième approche est proposée. Elle se base sur la résolution des équations de Navier-Stockes et de la conservation de la masse par éléments finis. Les calculs montrent que lors de la croissance cristalline, les flux chimiques absorbés sur les faces amonts sont supérieurs à ceux des faces avales. Une série de simulations pour des vitesses de circulations variant de 10-6 à 10-2 m/s montre que le rapport du flux de la face amont sur celui de la face avale varie avec la vitesse du fluide. Les flux étant proportionnels aux épaisseurs des bandes de croissance, ces simulations sont utilisées pour déterminer les vitesses de circulation des fluides à partir des rapports des épaisseurs de bande de croissance. Cette nouvelle méthode est appliquée aux tourmalines formées par métasomatoses lors de la mise en place des leucogranites de la Chaîne Hercynienne (Galice, Espagne). Les vitesses de circulations estimées sont relativement rapides avec une moyenne de l'ordre de 10-3 m/s.