____________________________________Dr. Sébastien LEIBRANDTATERUMR CNRS 8148 IDESDépartement des Sciences de la Terre Bât. 504, 1er étage, bureau 119 Université Paris Sud 91405 Orsay Cedex E-mail : sebastien.leibrandt@u-psud.fr _________________________________ |
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THÈME DE RECHERCHE: évolution des systèmes volcaniques et dynamismes éruptifs
Reconstitution de l’évolution morpho-structurale et de la dynamique éruptive du massif du Cantal ; relation avec la distribution spatio-temporelle du volcanisme du Massif Central (France)
Provinces volcaniques Cénozoïques du Massif Central (zone étude en couleur: volcanisme Néogène de l'Auvergne)
Massif du Cantal, vue vers le SE depuis le Puy Mary (1 755 m)
Le massif du Cantal, localisé dans la province volcanique Cénozoïque du Massif Central (France), est le plus grand complexe volcanique Miocène d’Europe. Il est majoritairement constitué de brèches volcanoclastiques qui lui confèrent des dimensions impressionnantes et une morphologie surbaissée. Des observations de terrain, couplées à des datations K-Ar, nous ont permis de reconstituer l’évolution morpho-structurale, la dynamique éruptive et l’histoire volcanique du massif. Après avoir contraint dans l’espace et dans le temps une séquence stratigraphique identique tout autour du massif, nous montrons qu’il existe des évidences chrono- stratigraphiques, structurales et géomorphologiques en faveur de la formation d’une caldeira centrale de 8 x 10 km il y a environ 8 Ma occupée par un lac. L’étude morphologique et sédimentologique de la principale unité bréchique du massif, le Grand Écoulement Bréchique, nous a conduit à le définir comme l’un des plus importants debris flow syn-éruptifs connus au monde dont nous estimons un volume de l’ordre de 100 km3. Nous proposons que cet écoulement résulte d’une éruption sous-lacustre intracaldeira majeure. L’interaction entre un magma juvénile et l’eau du lac de caldeira, selon un dynamisme surtseyen, a initié la formation du debris flow qui s’est propagé sur les pentes externes du volcan à 360° jusqu’à plus de 25 km de sa source. Cette étude ouvre des perspectives d’une part quant aux risques volcaniques liés aux éruptions sous-lacustres intracaldériques majeures, et d’autre part quant à la possibilité de reconstituer la morphologie passée de la source d’un écoulement bréchique volcanoclastique âgé de plusieurs Ma, par l’étude de son dépôt selon des critères sédimentologiques et morphologiques.
Dans un deuxième temps, la combinaison de nouvelles datations K-Ar et d’observations de terrain nous ont permis de reconstituer l’histoire volcanique du plateau du Cézallier, siège de la plus jeune activité volcanique de France métropolitaine, du plateau de l’Aubrac, et également la chronologie du volcanisme le long du Sillon Houiller. Nous avons pu ainsi établir les relations spatio-temporelles entre le massif du Cantal et les provinces volcaniques adjacentes révélant le rôle important des fractures héritées de l’Hercynien pour la remontée des magmas. Nous confirmons ainsi une migration spatio-temporelle vers le nord du volcanisme en Auvergne. Finalement, l’acquisition au cours de ce travail de 47 nouveaux âges K-Ar de 12,8 Ma à 9 ka complète la chronologie du volcanisme du Massif Central en précisant sa distribution spatio-temporelle.
Mots-clés : Cantal, Massif Central, volcanisme, géochronologie K-Ar, caldeira, debris flow
Outils et méthodes utilisées : datation K-Ar (technique Cassignol-Gillot, 1986), DRX, granulométrie laser, géomorphologie, cartographie
Directeur : Pierre-Yves Gillot (LGMT)
TRAVAUX PRÉCÉDENTS (M2)
Étude géochimique et géochronologique des cônes parasites du Nyiragongo (RDC) : signification dans l'évolution du complexe volcanique (2008)
Encadrant : Pierre-Yves Gillot (LGMT)
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Le volcan Nyiragongo, localisé dans la province volcanique des Virunga dans la branche Ouest du Rift Est Africain, est parmi les volcans les plus actifs de la planète. Ces laves, au caractère ultra-alcalin, présentent un taux de sous-saturation très élevé. C’est un complexe volcanique constitué de trois cratères principaux voisins à partir desquels se développent de façon radiale des zones de rift selon les grandes directions tectoniques régionales. Au-dessus de ces fractures s’édifient des cônes parasites. L’étude des éléments majeurs des laves des cônes parasites permet de discriminer deux ensembles de cônes au sein de chaque zone de rift : les cônes I qui sont moins sous-saturés que les cônes II. L’étude des éléments en trace montre qu’ils proviennent d’une source commune de type OIB et que les laves sont issues d’un taux de fusion partielle très faible de l’ordre de 1 %. Les rapports Zr/Hf très élevés indiquent que le manteau sous-jacent est métasomatisé par des fluides riches en carbonates. D’après l’évolution des rapports La/Sm et Sm/Yb, les laves seraient issues de la fusion de péridotites à spinelle et à grenat, avec une présence possible de phlogopite. |
La fusion s’effectue à une profondeur d’environ 70 km (2,2 GPa) selon les domaines de stabilité des minéraux du manteau métasomatisé. Ainsi, la source des laves est unique mais hétérogène à une échelle inférieure à 1 km. D’autre part, l’étude des isotopes des laves couplée à une synthèse des données géochimiques et sismiques sur le Rift Est Africain montre que cette source présente les caractéristiques d’une remontée mantellique sous la branche Ouest du rift. Enfin, la datation K-Ar (technique Cassignol-Gillot, 1982) des cônes parasites montre que les zones de rift étudiées ont des âges inférieurs à 5 000 ans. A partir de la caractérisation de la source des laves des cônes parasites et des cratères principaux du Nyiragongo et en se basant sur la littérature, ce travail a permis d’établir un modèle synthétique de l’alimentation en magma du complexe et de la source de ces magmas, nés dans un manteau métasomatisé qui remonte au sein de la lithosphère. |
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COMMUNICATIONS
> Articles:
Leibrandt S., Gillot P.-Y. – Identification of a central caldera on the Cantal volcano (France): insights
for a new evolution model, in prep. (to be submitted to JVGR)
Leibrandt S., Gillot P.-Y. – Large volcaniclastic debris flow resulting from a plinian caldera lake eruption: case study from the Miocene Cantal volcano (France), in prep. (to be submitted to Geology)
> Congrès :
Leibrandt S., Gillot P.-Y., Hildenbrand A. - Emplacement of large volcaniclastic breccia volumes in relationship with a central caldera: volcanic history of the Cantal massif (France), EGU meeting, Vienna (Austria), 2011.
Leibrandt S., Gillot P.-Y., Hildenbrand A. - Évolution du massif du Cantal : relation entre la formation d'une caldeira centrale et la mise en place de large volumes de brèches volcanoclastiques, RST Bordeaux, 2010.
Leibrandt S., Quidelleur X. - Volcanisme, climat et extinctions de masse : une relation de cause à effet ?, 11e colloque pluridisciplinaire, Université Paris Sud (France), 2010.
Leibrandt S., Gillot P.-Y., Hildenbrand A., Leocat E. - Genesis and emplacement of the large debris flow of the Cantal volcano (France), VMSG (http://www.vmsg.org.uk/), Bournemouth (UK), 2009.
Leibrandt S., Gillot P.-Y., Hildenbrand A. - The French Massif Central volcanism : spatio-temporal extension, tectonic control and magmatic variability, Journée des Doctorants, Université Paris Sud (France), 2009.
> Conférences :
"Dans les coulisses de l'Observatoire Volcanologique de Montserrat - Techniques de surveillance du volcan Soufrière Hills" Société de Volcanologie Genève, Museum d'Histoire Naturelle de Genève (Suisse), février 2009.
"Les supervolcans menacent-ils l'humanité ?" Uranoscope, Ozoir-la-Ferrière (France), juin 2012.
ENSEIGNEMENT
- L1 BCST : introduction à la cartographie
-
L2 Biologie : cours de géologie générale + TP/TD cartographie, minéraux et roches. Responsable du module (45 étudiants).
- stages de terrain : "Volcanisme du Cantal, du Mont Dore et de la Chaîne des Puys (Auvergne, France)" (L3 Géosciences), "Volcanisme de l'Auvergne" (MBG), "Géomorphologie en domaine volcanique" (M1 STU).
FORMATION
2008-2011 : Doctorat Volcanologie - Université Paris Sud
2007-2008 : Master 2 Volcanologie (ESV parcours volcanologie) - Université Paris Sud
2006-2007 : Master 1 Sciences de la Terre et de l'Univers - Université Paris Sud
2005-2006 : Licence Géosciences - Université Paris Sud
2003-2005 : DEUG Sciences de la Terre et de l'Univers - Université Paris Sud
EXPÉRIENCE EN OBSERVATOIRE VOLCANOLOGIQUE
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Septembre 2008 : "volunteer student" à l'Observatoire Volcanologique de Montserrat (MVO, West Indies) sous la direction de Nicolas Fournier (Seismic Research Center, West Indies). "Techniques de surveillance et étude des gaz du volcan Soufrière Hills (Montserrat, West Indies)" |
EXPÉRIENCE DE TERRAIN
2008 |
- Techniques de surveillance (DOAS et GPS) sur le volcan Soufrière Hills (Montserrat, West Indies) - Phénomènes et morphologies volcaniques de la baie de Naples et du Massif Central (Italie et Auvergne) |
2007 |
- Structures tectoniques (Hérault) - Géomorphologie en domaine volcanique (Auvergne) |
2006 |
- Organisation et mise en place d'un batholite (Cotentin) - Hydrologie (Bourgogne et Auvergne) - Cartographie en domaine plissé (Alpes) - Techniques géophysiques (Sheffield, UK) |
2005 |
- Cartographie en bassin sédimentaire (Hérault) - Volcanologie du Mont Dore et de la Chaînes des Puys (Auvergne) |
2003 |
- Géologie du Massif Armoricain (Normandie) |
...sur les volcans actifs : Italie (Etna, Vésuve, Champs Phlégréens, Ischia, Vulcano, Stromboli), Grèce (Santorin), Costa Rica (Arenal, Poas, Irazu, Ricon de la Vieja, Turrialba), Antilles (Montagne Pelée, Montserrat), Nouvelle-Zélande (Ruapehu, Tongariro, Ngauruhoe, Rangitoto), Islande.
AUTRES COMPÉTENCES
- Brevet d'Aptitude aux Fonctions d'Animateur (BAFA)
- Initiateur Randonnée Montagne
- Animations scientifiques sur les volcans du Massif Central et sur les volcans actifs d'Italie