par Robic, Julien 
Président du jury Caudron, Corentin
Promoteur Debaille, Vinciane
Co-Promoteur Bernard, Alain
Publication Non publié, 2024-08-23
Président du jury Caudron, Corentin
Promoteur Debaille, Vinciane
Co-Promoteur Bernard, Alain
Publication Non publié, 2024-08-23
Thèse de doctorat
| Résumé : | Volcanic lakes are water reservoirs that act as chemical condensers for emitted magmatic gases. The evolution of their compositions provides insight into geochemical variations as well as the rate of magmatic degassing that may occur in the underlying hydrothermal-magmatic system. This thesis aims to isotopically characterize volcanic lakes and their associated hydrothermal systems using δ66Zn and 87Sr/86Sr to highlight the potential influence of magmatic degassing, water-rock interactions and investigate fluid circulation within the hydrothermal system. Furthermore, δ66Zn measurements on sublimates from high-temperature fumaroles at Merapi volcano provide insights into the magmatic zinc gaseous source, preceding its entry into volcanic lakes.δ66Zn and 87Sr/86Sr were investigated for four volcanic lakes with composition ranging from hyper-acidic to neutral waters. Two of them, Kawah Ijen (Indonesia) and Santa Ana (San Salvador), have been respectively sampled from 2010 to 2012 and 2000 to 2002 and show a clear magmatic input with an extremely low pH ranging from 0.1 to 1. Taal (Philippines, pH≈3) and Kelud (Indonesia, pH≈6) were respectively sampled from 2017 to 2019 and from 2003 to 2007, and are more dominated by hydrothermal inputs.The hyper-acidic lakes show minimal isotopic variation over time, with δ66Zn values similar to the basalt-andesitic host rock (0.26 ± 0.08 ‰). In contrast, we observe large δ66Zn fractionation for the Taal waters (0.4 ± 0.01 ‰) compared to the basalt-andesitic host rock but no δ66Zn temporal variations. Kelud waters show a large temporal variation in terms of δ66Zn (-0.08 ± 0.06 ‰ to 0.53 ± 0.06 ‰). The sampling period includes two increases in lake temperature culminating into a lava dome eruption in 2007.In highly acidic lakes, Sr isotopes showed minimal variation and reflected congruent dissolution of the host rock. However, slight fractionation observed in Kawah Ijen volcanic lake suggested the influence of gypsum precipitation. In Taal mid-acidic volcanic lake, a large isotope shift toward heavier Sr isotopes indicated mixing between two reservoirs, one representing the partial dissolution of host rock in a more acidic aquifer and the second being the Lake Taal fresh water. For Kelud neutral pH lake, temporal variations in Sr isotopes suggests a mixing between deep and shallow hydrothermal reservoirs, with distinct isotopic signatures.Trace elements and Zn isotopes were examined in sublimates from four high temperature fumarolic sites (Dome, Belvedere, Dome and Woro) ranging from 900 to 600°C at Merapi volcano, Indonesia. Significant Zn isotopic variations were observed along silica tubes, suggesting mass-dependent isotopic fractionation during phase transition processes within the tubes. |
| Les lacs volcaniques sont des réservoirs d’eau agissant comme des condenseurs chimiques pour les gaz magmatiques émis. L’évolution de leurs compositions offre un aperçu des variations géochimiques ainsi que du débit d’un dégazage magmatique pouvant survenir dans le système hydrothermal-magmatique sous-jacent. Cette thèse vise à caractériser de manière isotopique les lacs volcaniques et leurs systèmes hydrothermaux associés en utilisant le δ66Zn et 87Sr/86Sr pour mettre en évidence l'influence potentielle d’un dégazage magmatique, des interactions eau-roche et d’étudier la circulation des fluides au sein du système hydrothermal. De plus, les mesures de δ66Zn sur les sublimés de fumerolles de haute température du volcan Mérapi fournissent des informations sur la source gazeuse de zinc magmatique, précédant son entrée dans les lacs volcaniques.Pour ce faire, les δ66Zn et 87Sr/86Sr de quatre lacs volcaniques ayant des eaux hyper-acides à neutres ont été étudiés. Deux d'entre eux, Kawah Ijen (Indonésie) et Santa Ana (San Salvador), ont été respectivement échantillonnés de 2010 à 2012 et de 2000 à 2002 et montrent une contribution magmatique claire avec un pH extrêmement bas variant de 0,1 à 1. Taal (Philippines, pH≈3) et Kelud (Indonésie, pH≈6) ont été respectivement échantillonnés de 2017 à 2019 et de 2003 à 2007, et sont davantage dominés par des apports hydrothermaux.Les lacs hyper-acides montrent une variation isotopique minimale au fil du temps, avec des valeurs de δ66Zn similaires à la roche de type basalte-andésitique encaissante (0,26 ± 0,08 ‰). En revanche, le δ66Zn pour les eaux de Taal (0,4 ± 0,01 ‰) montre un important fractionnement isotopique par rapport à la roche basalte-andésitique encaissante mais aucune variation temporelle. Contrairement, les eaux du Kelud montrent une importante variation temporelle en termes de δ66Zn (-0,08 ± 0,06 ‰ à 0,53 ± 0,06 ‰). La période d'échantillonnage est incluse entre deux augmentations de température du lac aboutissant à la mise en place d’un dôme de lave dans le cratère en 2007.Dans les lacs hyper-acides, les isotopes du Sr montrent peu de variations et reflètent la dissolution congruente de la roche encaissante. Cependant, un léger fractionnement du Sr, observé dans le lac volcanique du Kawah Ijen, suggère l'influence de la précipitation de gypse. Au Taal MCL, un important shift isotopique vers des isotopes de Sr plus lourds indique un mélange entre deux réservoirs, l'un représentant la dissolution partielle de la roche hôte dans un aquifère plus acide et le second étant l'eau douce du lac Taal. Pour le lac de pH neutre du Kelud, les variations temporelles des isotopes du Sr suggèrent un mélange entre un réservoir hydrothermal profond et superficiel, caractérisés par des signatures isotopiques distinctes.Les éléments en trace et les isotopes du Zn ont également été examinés sur des sublimés provenant de quatre sites fumeroliens de haute température (Dôme, Belvédère, Dôme et Woro) allant de 900 à 600°C au volcan Mérapi en Indonésie. Des variations isotopiques significatives du Zn ont été observées le long des tubes de silice, suggérant un fractionnement isotopique lors de processus de transition de phase à l'intérieur des tubes. |
