Thermal Structure of Mid-Ocean Ridges (Lucky Strike, Mid-Atlantic Ridge) and Magma Chambers

devant le jury: Alain BONNEVILLE ............... Examinateur Javier ESCARTIN ................ Directeur de thèse Yves LAGABRIELLE ............... Rapporteur Miguel MIRANDA ................. Examinateur Martin SINHA ................... Rapporteur Résumé: Modéliser la structure thermique de la croûte océanique est une étape importante pour comprendre la création de la croûte océanique qui couvre les deux tiers de la surface de notre planète. La production magmatique à l'axe de la dorsale et le refroidissement de la lithosphère océanique en fonction du temps et de l'espace sont des facteurs clés pour comprendre la création de la croûte océanique, qui est déterminée en premier lieu par la structure thermique des dorsales. Les modèles thermiques classiques ne prédisent pas l'existence de chambres magmatiques stationnaires le long des dorsales qui ont un taux d'expansion inférieur à 30 mm/an. L'identification par imagerie sismique d'une chambre magmatique sous le volcan et le champ hydrothermal de Lucky Strike sur la dorsale médio-Atlantique représente une opportunité unique d'étudier la structure thermique des dorsales lentes. Nous présentons ici conjointement des données microsismiques et une modélisation thermique qui nous permettent d'éclaircir la nature des chambres magmatiques éphémères aux dorsales lentes, de contraindre les échelles de temps associées aux changements dans l'alimentation magmatique et les paramètres nécessaires à l'existence d'une chambre magmatique, et nous renseignent sur les différents mécanismes qui peuvent conduire au refroidissement et à la disparition d'une chambre magmatique. Les résultats de l'analyse microsismique, de la modélisation thermique et les contraintes temporelles dérivées des contraintes géologiques suggèrent qu'il existe un apport focalisé au centre du segment, et ce de façon régulière, et que cet apport est maintenu sur des périodes de temps étendu, pouvant conduire à une chambre magmatique durable. Cette thèse, tout en traitant des processus actifs au segment Lucky Strike, fournit un modèle plus général pour comprendre et étudier d'autres segments de dorsales lentes, et comprendre comment se forme la croûte océanique le long de ces segments. Abstract: Modeling the thermal state of the oceanic crust is an important task to understand the construction of oceanic crust which covers two thirds of the surface of our planet. The interplays among magma delivery to the axis and cooling of the oceanic lithosphere as a function of both space and time are key factors to understand the creation of the oceanic crust, which is primarily determined by the overall thermal structure of mid-ocean ridges. Classical thermal models do not predict steady state axial magma chambers (AMCs) along mid-ocean ridges at spreading rates less than 30 mm/year. The identification and seismic imaging of an axial magma chamber underlying the Lucky Strike central volcano and hydrothermal field at the Mid-Atlantic Ridge provides a unique opportunity to study the thermal structure of slow spreading ridges. Here we present coupled microseismic data and thermal modeling to provide insight on the nature of ephemeral magma chambers at slow-spreading ridges, to constrain the timescales associated with changes in melt supply and the parameters that can create them, and to shed light on the different mechanisms that can result on the cooling and disappearance of these structures. Both the coupled microseismic and thermal modeling results, and the time-constraints derived from the geological constraints put forward, suggest that focused melt supply to the segment center is required regularly, and that this supply is maintained over extended periods of time, that can lead to a durable magma chamber. This thesis, while focusing on the processes occurring at the Lucky Strike, provide a more general template to both understand and study other slow-spreading ridge segments, and to gain insight on how the oceanic crust is formed along them.