APPENDICE : Modélisation thermique inverse du gisement de Glomel

Set-up numérique

Le paramétrage et couplage physique du modèle sont strictement similaires à ceux des simulations de Eldursi et al. (2009) qui visaient à étudier les zones favorables de minéralisation autour d’intrusions magmatiques. Le lecteur est donc renvoyé à cet article pour le détail des équations et des valeurs des paramètres utilisés et trouvera ci-après un court résumé de ce protocole numérique. Les expériences numériques sont basées sur le couplage entre l’équation de conservation de la chaleur et la loi de Darcy qui permet ainsi de décrire le terme advectif du transfert de chaleur. La viscosité du fluide ainsi que sa masse volumique sont des équations d’état en fonction de la température, ce qui introduit via la masse volumique une force motrice de flottabilité pour le fluide (i.e. convection libre). Les capacités et conductivités thermiques varient en fonction de la température, et la perméabilité de la croûte (i.e. encaissant) est indexée sur la profondeur suivant la loi puissance décroissante proposée par Manning et Ingebritsen's (1999).

Construction du modèle et stratégie

Sur une coupe Ouest-Est parallèle aux Montagnes Noires passant par le gisement de Glomel et l’étang des Salles (fig. 4, coupe AA’), les contacts des différents septa du granite de Rostrenen ont été reportés. En profondeur, la carte gravimétrique des contours du plancher du complexe granitique de Rostrenen (Vigneresse, 1983) a permis de construire une enveloppe du granite de Rostrenen le long de cette coupe (fig. 22) faisant apparaître une zone de racine ainsi que des corrugations sommitales en accord avec les larges panneaux de septa visibles en carte. Ces données gravimétriques prennent en compte tous les faciès granitiques du complexe de Rostrenen, i.e. il s’agit donc d’une image finie de « l’emboitement » de tous les faciès granitiques mis en place entre 315 Ma et 304 Ma.

Cette géométrie plutonique a été insérée dans une boîte qui symbolise la croûte avec les dimensions et les conditions aux limites indiquées sur la figure 22. Les calculs sont réalisés par le code COMSOL en éléments finis avec un maillage triangulaire (éléments de 15 à 775 m pour 39 000 éléments au total et 78 900 degrés de liberté).

Les expériences numériques durent 20 Ma au total et se composent comme suit : i) de 0 à 7 Ma la croûte est à l’équilibre thermique avec des vitesses de fluides négligeables sans aucune activité magmatique ; le domaine plutonique « n’existe pas » physiquement au sens où il est strictement confondu à de la croûte continentale ; ii) de 7 à 10 Ma, le domaine plutonique est activé par production de chaleur progressive simulant la mise en place du complexe granitique de Rostrenen. Cette production de chaleur est limitée par une température maximum fixée à 700°C pour un magma granitique, valeur maximum prenant en compte la chaleur latente de cristallisation. À 10 Ma le domaine plutonique est donc au maximum de température ; iii) à 10 Ma la production de chaleur est coupée dans le pluton et le système entre donc dans sa phase de refroidissement et de retour à l’équilibre thermique jusqu’à 20 Ma. Lors de cette phase le pluton est considéré physiquement comme un granite et non comme de la croûte environnante.

Le complexe granitique de Rostrenen intrude le socle édiacarien mais également les séries paléozoïques des Montagnes noires. Au début de la mise en place du complexe granitique (ca. 315 Ma), cette série paléozoïque est déjà redressée et plissée sur le flanc nord du bassin de Châteaulin. Il est donc difficile d’avoir une estimation de la profondeur de mise en place simplement par l’épaisseur de la pile stratigraphique. Cependant l’absence de faciès microgranitiques ou porphyriques suggère que le toit de l’intrusion est resté sous les 2 500 m de profondeur pendant ce magmatisme tardi- varisque.

Pour les mailles représentant le gisement de Guerphalès et la minéralisation de l’Étang des Salles un intervalle de température de 510-540°C a été suivi (cf. section conditions de métamorphisme) tout en faisant varier la profondeur de ces mailles et donc celle du pluton à partir de 2 500 m tous les kilomètres. Le domaine de pression lithostatique sur l’intervalle 1,8-2,2 kbar (cf. supra) a été juxtaposé sur cet intervalle de température. Pour chaque profondeur testée un test purement conductif (sans fluides crustaux) et un test avec circulations de fluides ont été réalisés afin d’évaluer l’impact des advections de fluides sur le régime thermique aux sites de Guerphalès et à l’Étang des Salles. Aucun fluide n’est exsolvé depuis le magma dans ces expériences, ni n’est produit dans l’auréole thermique par déshydratation.

 

Références appendice :

Eldursi K, Branquet Y, Guillou-Frottier L, Marcoux É. 2009. Numerical investigation of transient hydrothermal processes around intrusions: heat transfer and fluid-circulation controlled mineralization patterns. Earth Planetary Science Letters 288: 70–83.

Manning CE, Ingebritsen SE. 1999. Permeability of the continental crust: implications of geothermal data and metamorphic systems. Review of Geophysics 37: 127–150.

Vigneresse JL. 1983. Enracinement des granites armoricains estimé d'après la gravimétrie. Bulletin de la Société Géologique de Bretagne, 15 : 1-15.