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Thivet Simon - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Evidences of Plug Pressurization Enhancing Magma Fragmentation During the September 2016 Basaltic Eruption at Piton de la Fournaise (La R\ue9union Island, France)
'American Geophysical Union (AGU)', 2020Co-Authors: Thivet Simon, Gurioli L., Di Muro A., Derrien Allan, Gouhier Mathieu, Coppola D., Bo Galle, Arellano SantiagoAbstract:In September 2016, Piton de la Fournaise volcano, well known for its effusive and Hawaiian fountaining activity, produced, at the end of the eruption, an unusual phase of pulsating ash and bomb emission. Integration of geophysical data, with textural and petrological analysis of the samples, allowed us to constrain the main factors that controlled this sudden shift in activity, potentially dangerous for the tourist population that usually approach these “gentle” eruptive sites. Volcanic tremor, lava discharge rates, fountain heights, and SO2 emission changed rapidly during the eruption. Grain size and componentry of the tephra beds evolved from unimodal all along the sequence to bimodal on the last day of the activity, reflecting the contribution of both Hawaiian fountaining at the main vent (Vent A) and transient explosive activity at the second vent (Vent B). Hawaiian fountaining produced highly vesicular and almost microlite-free tephra (golden pumice and fluidal scoria) while transient explosive activity emitted denser and crystal-rich tephra (sideromelane and tachylite scoria) sometimes mingled with vesicular fragments. Permeability measurements on lapilli and bomb-sized samples reveal that golden pumice and fluidal scoria were more gas-permeable than the sideromelane and tachylite ones, while textural and chemical analyses of the ash support the hypothesis that these sideromelane and tachylite components were inherited from the subsurface crystallization of the initial golden pumice and fluidal scoria components. We thus suggest that Vent B accumulated a plug of degassed, cooled, and low-permeable magma, which modulated overpressure pulses under the late input of ascending magma
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Eruptive dynamics and associated mechanisms in a basaltic context : insights from Piton de la Fournaise volcano, La Réunion Island, France
2019Co-Authors: Thivet SimonAbstract:Les éruptions basaltiques sont de plus en plus étudiées au sein de nombreux volcans. Cependant, les processus pré- et syn-éruptifs gouvernant ces éruptions ne sont pas entièrement compris. Dans le but de caractériser et comprendre l’ensemble des mécanismes opérant depuis le système magmatique superficiel jusqu’à la surface, cette thèse est principalement axée sur l'étude des produits éruptifs du Piton de la Fournaise (île de la Réunion, France), qui est l'un des volcans les plus actifs au monde. Des analyses texturales et géochimiques sur les pyroclastes et les laves sont conjointement réalisées dans le but d’identifier des paramètres clés pouvant être reliés à des processus magmatiques majeurs, à des dynamiques éruptives et à des mécanismes de fragmentation. Lorsque cela est pertinent, ces interprétations sont intégrées à des données de surveillance pré- et syn-éruptives acquises au sol ou par télédétection.Le premier objectif de cette étude intégrée est de mieux comprendre les mécanismes à l’origine des surpressions magmatiques et des dynamiques éruptives lors des éruptions récentes du Piton de la Fournaise. Au cours de l’éruption de Juin 2014, les déclenchements éruptifs ainsi que les transitions syn-éruptives d’un régime hawaiien vers un régime strombolien relativement faible, associés à une diminution du flux lavique, ont été liés à une vésiculation et à une surpression pré-éruptive du magma qui furent indirectement mises en évidence par l’émission de pyroclastes de type golden pumice (pyroclastes très vésiculés et vitreux). Au contraire, l’éruption de Juillet 2015 (émission de golden pumice relativement rare) a été déclenchée par un apport magmatique superficiel qui a pu être identifié au sein des signatures texturales et géochimiques des produits éruptifs.Un an plus tard, une autre éruption de courte durée s'est produite en Septembre 2016, produisant beaucoup de pyroclastes de type golden pumice. Cependant, cette éruption dominée par des fontaines de lave, se comporta de manière atypique et fut associée à une augmentation du flux lavique et d’une émission inhabituelle de cendres lors du dernier jour de l’activité éruptive. Le deuxième objectif de la thèse est donc d’améliorer nos connaissances sur la transition d’une activité hawaiienne (associée à l’émission de pyroclastes de type golden pumice et fluidal scoria) vers une activité plus explosive associée à l’émission de scories et de cendres relativement denses et riches en cristaux, de type transitional et opaque. Les analyses texturales et chimiques des produits éruptifs confirment l'hypothèse selon laquelle ces scories et cendres denses sont issues du refroidissement et du dégazage à pression ambiante du magma initialement vésiculé et peu cristallisé. Il est donc possible de former un bouchon faiblement perméable, provoquant des impulsions magmatiques pressurisées à faible profondeur et une activité explosive transitoire sous l’influence et la remontée tardive d’un magma relativement peu dégazé. Il est communément admis que l’activité effusive représente la majorité du volume magmatique émis au sein des volcans boucliers basaltiques. Cependant, l’éruption de Septembre 2016 a montré que les éruptions basaltiques peuvent parfois produire des aléas liés à des émissions de cendres non-négligeables. Par conséquent, le troisième but de la thèse est de rassembler une série d’échantillons correspondant aux principales éruptions historiques et récentes des volcans du Piton de la Fournaise et du Karthala (île de Ngazidja, Comores). (...)Basaltic eruptions are increasingly studied in a lot of active volcanoes around the world. Yet, their pre- and syn-eruptive processes are not fully understood. In order to characterize and understand the set of mechanisms occurring from the shallow magmatic system to the surface, this thesis is focused on the study of the eruptive products of Piton de la Fournaise volcano (La Réunion Island, France), which is one of the most active volcano in the world. Integrated textural and chemical analysis on tephra and lava are performed to identify some key parameters which can be related to major magmatic processes, eruptive dynamics and fragmentation processes. When it is available and relevant, these interpretations are integrated with pre- and syn-eruptive monitoring measurements acquired by ground-based and remote sensing observation systems.The first objective of this integrated study is to gain insight on the magmatic overpressure, conduit and eruptive dynamics during basaltic dyke eruptions. During the June 2014 eruption, eruptive triggers and syn-eruptive transitions from Hawaiian-style to mild Strombolian-style activities, associated with a decreasing of the lava flux, have been related to a second boiling mechanism and a pre-eruptive pressurization which was indirectly evidenced by golden pumice emission (highly vesicular and glassy tephra). On the contrary, the July 2015 eruption (relatively scarce golden pumice emission) was triggered by a shallow magmatic input that was tracked in the textural and chemical features of the eruptive products.On year later, another short-lived eruption occurred on September 2016, which emitted a lot of golden pumice. However, this eruption, dominated by Hawaiian fountaining, behaved atypically with an increase in lava flux associated with uncommon ash emission the last day of the eruptive activity. Thus, the second objective of the thesis is to improve our comprehension on the transition from Hawaiian-style (associated with golden pumice and fluidal scoria) to more explosive activities (associated with dense, crystal-rich opaque scoria and ash emission). The integrated study on this eruption supports the hypothesis that the opaque scoria and ash were inherited from the sub-surface cooling and degassing of the golden pumice material. This suggests the formation of a low-permeable plug, which modulated overpressure pulses at shallow levels and transient explosive activity under the late input of a relatively undegassed and ascending magma. It is commonly accepted that effusive activity represents the main emitted magmatic volume in basaltic shield volcanoes. However, the September 2016 eruption reminded us that basaltic eruptions can sometime produce hazards related to ash-dominated events. Therefore, the third purpose of the thesis is to bring together a comprehensive sampling of tephra from major historical and recent eruptions at Piton de la Fournaise and Karthala (Ngazidja Island, Comoros) volcanoes. The study of these different deposits reveals very different textural characteristics reflecting different fragmentation processes, as ductile fragmentation, brittle fragmentation (triggered by syn-eruptive crystallization of the juvenile magma), interactions between magma and external fluids, high magma ascent velocities and shear-induced fragmentation mechanisms during caldera collapse events.All these insights expose a lot of different magmatic and fragmentation processes which highlight the complexity of the mechanisms driving such basaltic eruptions. This thesis only represent a part of the research possibilities on basaltic eruptions. In the future, many additional laboratory studies and real-time monitoring of the eruptive activity can be performed in order to even better understand and better predict the change in eruptive activity than can represent unexpected threats to the environing populations
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Les dynamismes éruptifs et mécanismes associés en contexte basaltique : étude du Piton de la Fournaise, île de La Réunion, France
HAL CCSD, 2019Co-Authors: Thivet SimonAbstract:Basaltic eruptions are increasingly studied in a lot of active volcanoes around the world. Yet, their pre- and syn-eruptive processes are not fully understood. In order to characterize and understand the set of mechanisms occurring from the shallow magmatic system to the surface, this thesis is focused on the study of the eruptive products of Piton de la Fournaise volcano (La Réunion Island, France), which is one of the most active volcano in the world. Integrated textural and chemical analysis on tephra and lava are performed to identify some key parameters which can be related to major magmatic processes, eruptive dynamics and fragmentation processes. When it is available and relevant, these interpretations are integrated with pre- and syn-eruptive monitoring measurements acquired by ground-based and remote sensing observation systems.The first objective of this integrated study is to gain insight on the magmatic overpressure, conduit and eruptive dynamics during basaltic dyke eruptions. During the June 2014 eruption, eruptive triggers and syn-eruptive transitions from Hawaiian-style to mild Strombolian-style activities, associated with a decreasing of the lava flux, have been related to a second boiling mechanism and a pre-eruptive pressurization which was indirectly evidenced by golden pumice emission (highly vesicular and glassy tephra). On the contrary, the July 2015 eruption (relatively scarce golden pumice emission) was triggered by a shallow magmatic input that was tracked in the textural and chemical features of the eruptive products.On year later, another short-lived eruption occurred on September 2016, which emitted a lot of golden pumice. However, this eruption, dominated by Hawaiian fountaining, behaved atypically with an increase in lava flux associated with uncommon ash emission the last day of the eruptive activity. Thus, the second objective of the thesis is to improve our comprehension on the transition from Hawaiian-style (associated with golden pumice and fluidal scoria) to more explosive activities (associated with dense, crystal-rich opaque scoria and ash emission). The integrated study on this eruption supports the hypothesis that the opaque scoria and ash were inherited from the sub-surface cooling and degassing of the golden pumice material. This suggests the formation of a low-permeable plug, which modulated overpressure pulses at shallow levels and transient explosive activity under the late input of a relatively undegassed and ascending magma. It is commonly accepted that effusive activity represents the main emitted magmatic volume in basaltic shield volcanoes. However, the September 2016 eruption reminded us that basaltic eruptions can sometime produce hazards related to ash-dominated events. Therefore, the third purpose of the thesis is to bring together a comprehensive sampling of tephra from major historical and recent eruptions at Piton de la Fournaise and Karthala (Ngazidja Island, Comoros) volcanoes. The study of these different deposits reveals very different textural characteristics reflecting different fragmentation processes, as ductile fragmentation, brittle fragmentation (triggered by syn-eruptive crystallization of the juvenile magma), interactions between magma and external fluids, high magma ascent velocities and shear-induced fragmentation mechanisms during caldera collapse events.All these insights expose a lot of different magmatic and fragmentation processes which highlight the complexity of the mechanisms driving such basaltic eruptions. This thesis only represent a part of the research possibilities on basaltic eruptions. In the future, many additional laboratory studies and real-time monitoring of the eruptive activity can be performed in order to even better understand and better predict the change in eruptive activity than can represent unexpected threats to the environing populations.Les éruptions basaltiques sont de plus en plus étudiées au sein de nombreux volcans. Cependant, les processus pré- et syn-éruptifs gouvernant ces éruptions ne sont pas entièrement compris. Dans le but de caractériser et comprendre l’ensemble des mécanismes opérant depuis le système magmatique superficiel jusqu’à la surface, cette thèse est principalement axée sur l'étude des produits éruptifs du Piton de la Fournaise (île de la Réunion, France), qui est l'un des volcans les plus actifs au monde. Des analyses texturales et géochimiques sur les pyroclastes et les laves sont conjointement réalisées dans le but d’identifier des paramètres clés pouvant être reliés à des processus magmatiques majeurs, à des dynamiques éruptives et à des mécanismes de fragmentation. Lorsque cela est pertinent, ces interprétations sont intégrées à des données de surveillance pré- et syn-éruptives acquises au sol ou par télédétection.Le premier objectif de cette étude intégrée est de mieux comprendre les mécanismes à l’origine des surpressions magmatiques et des dynamiques éruptives lors des éruptions récentes du Piton de la Fournaise. Au cours de l’éruption de Juin 2014, les déclenchements éruptifs ainsi que les transitions syn-éruptives d’un régime hawaiien vers un régime strombolien relativement faible, associés à une diminution du flux lavique, ont été liés à une vésiculation et à une surpression pré-éruptive du magma qui furent indirectement mises en évidence par l’émission de pyroclastes de type golden pumice (pyroclastes très vésiculés et vitreux). Au contraire, l’éruption de Juillet 2015 (émission de golden pumice relativement rare) a été déclenchée par un apport magmatique superficiel qui a pu être identifié au sein des signatures texturales et géochimiques des produits éruptifs.Un an plus tard, une autre éruption de courte durée s'est produite en Septembre 2016, produisant beaucoup de pyroclastes de type golden pumice. Cependant, cette éruption dominée par des fontaines de lave, se comporta de manière atypique et fut associée à une augmentation du flux lavique et d’une émission inhabituelle de cendres lors du dernier jour de l’activité éruptive. Le deuxième objectif de la thèse est donc d’améliorer nos connaissances sur la transition d’une activité hawaiienne (associée à l’émission de pyroclastes de type golden pumice et fluidal scoria) vers une activité plus explosive associée à l’émission de scories et de cendres relativement denses et riches en cristaux, de type transitional et opaque. Les analyses texturales et chimiques des produits éruptifs confirment l'hypothèse selon laquelle ces scories et cendres denses sont issues du refroidissement et du dégazage à pression ambiante du magma initialement vésiculé et peu cristallisé. Il est donc possible de former un bouchon faiblement perméable, provoquant des impulsions magmatiques pressurisées à faible profondeur et une activité explosive transitoire sous l’influence et la remontée tardive d’un magma relativement peu dégazé. Il est communément admis que l’activité effusive représente la majorité du volume magmatique émis au sein des volcans boucliers basaltiques. Cependant, l’éruption de Septembre 2016 a montré que les éruptions basaltiques peuvent parfois produire des aléas liés à des émissions de cendres non-négligeables. Par conséquent, le troisième but de la thèse est de rassembler une série d’échantillons correspondant aux principales éruptions historiques et récentes des volcans du Piton de la Fournaise et du Karthala (île de Ngazidja, Comores). (...
Paul Merluzzo - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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L’étude de la filiation minerais / scories / objets, en sidérurgie ancienne : L’importance d’une base de données archéologique / archéométrique régionale ; l’exemple de la Lorraine
2009Co-Authors: Cécile Le Carlier De Veslud, Marc Leroy, Paul MerluzzoAbstract:Depuis près de vingt ans, un vaste programme d’étude est développé en Lorraine, concernant la sidérurgie ancienne. Ce travail a été initié et développé par Marc Leroy. Accompagnant une étude archéologique complète de cette activité métallurgique, une banque de données d’analyses chimiques s’est constituée au fil des ans, portant ainsi le nombre d’échantillons analysés (minerais et scories) à plus de trois cent cinquante. Les analyses globales sont effectuées par ICP-AES pour les éléments majeurs et par ICP-MS pour les éléments en trace (laboratoire SARM du CRPG, Nancy). Elles portent sur des échantillons prélevés lors de fouilles d’ateliers mais également lors de prospections (minerais géologiques ou scories prélevées sur les amas de déchets encore visibles dans le paysage autrement appelés ferriers). Ce travail qui s’inscrit dans le temps a permis d’obtenir une bonne cartographie archéologique et archéométrique de la région. Les résultats du traitement de cette base de données sont les suivants : deux types de minerais de compositions chimiques différentes ont été exploités : la Minette de Lorraine riche en certains éléments chimiques, et le minerai de Fer Fort appauvrit en ces mêmes éléments. Cette différence de composition chimique se retrouve dans la composition des scories de réduction associées. On a ainsi pu constater que neuf ateliers de réduction sur dix employaient la Minette comme minerai, sites qui sont datés de la période gallo-romaine à l’apparition des premiers hauts fourneaux. La spécificité chimique de la Minette de Lorraine nous a permis de prolonger l’étude afin de tenter de caractériser les déchets des étapes suivantes de la chaîne opératoire. Tout d’abord, il a fallu fixer les bornes de la variation chimique du minerai, et surtout celles des scories de réduction associées, élément par élément. Seule une vaste campagne d’analyses chimiques peut permettre de réaliser cela. Cette signature est caractérisée par de fortes teneurs en certains éléments chimiques (Ca, P, V, Cr, Be…) et par les rapports des éléments chimiques entre eux, qui peuvent être assez constants et spécifiques. Il est très important de connaître ces paramètres concernant les scories de réduction (et non ceux des minerais) car ce sont eux qui vont servir à tracer les filiations chimiques dans la suite de la chaîne opératoire. C’est donc parce que les caractères chimiques des scories de réduction ont bien été déterminés qu’il est possible d’isoler les caractères chimiques des autres déchets de la suite de la chaîne opératoire. Ainsi, en considérant les teneurs en SiO2, Al2O3 et CaO, il est possible d’isoler un groupe d’une cinquante d’analyses qui correspondent à des scories de post-réduction ; le lot principal d’analyses (deux cent cinquante analyses) correspondant aux scories de réduction. L’utilisation d’éléments en trace permet d’aller plus loin dans l’interprétation des scories de post-réduction. Ainsi, dans le diagramme ternaire (Co+Ni ; Cu+Zn ; Cr+V) il est possible de séparer les scories issues de l’étape de l’épuration de la masse brute (étape suivant la réduction), de celle issue de la forge d’élaboration des objets métalliques. Les scories d’épuration sont encore enrichies en V et Cr, éléments chimiques provenant du minerai (l’épuration consiste entre autre à évacuer les derniers fragments de scories de réduction qui adhèrent encore au métal produit). Enfin, un dernier développement semble pouvoir être réalisé. Il s’agit de faire le lien chimique entre les scories de réduction et les objets manufacturés, qui contiennent encore dans leur structure interne des inclusions de scories de réduction. L’analyse de ces inclusions et la comparaison avec la banque de données (des scories de réduction) devra permettre à terme d’identifier des objets qui auront été fabriqués avec le minerai « Minette de Lorraine ». Cette étude, actuellement unique en France, montre bien les développements très prometteurs qu’une telle approche régionale peut laisser envisager. Seules de vastes études régionales associant observations archéologiques et analyses archéométriques pourront, à terme, permettre de connaître l’ampleur des productions dans chaque région, à chaque époque, et pourront, on l’espère, mettre en évidence des circuits de commercialisation du métal.
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modélisation 3D sous GOCAD d’un diagramme de phases à quatre constituants : CaO-FeO-Al2O3-SiO2. Exemple d’application en sidérurgie : les scories issues de la réduction de la minette de Lorraine
2005Co-Authors: Cécile Le Carlier De Veslud, Alain Ploquin, Matthieu Bureau, Nicolas Cogis, Marc Leroy, Paul MerluzzoAbstract:La réalisation graphique d’un diagramme de phases à 4 constituants a été possible grâce à l’utilisation d’un logiciel de modélisation 3D conçu pour modéliser le sous-sol. Les données de base proviennent de diagrammes de phases ternaires. Les limites des domaines ont été digitalisées et ont été reliés entre eux grâce au modèle surfacique, de manière à reconstituer les domaines de stabilité de phases dans l’espace. Le manque de données et la complexité de la géométrie n’ont pas permis d’achever le modèle sur la totalité de la pyramide. A partir des mêmes diagrammes de phases ternaires, les températures des courbes liquidus de chaque domaine de stabilité ont été digitalisées et entrées dans un modèle volumique, permettant de connaître la température au liquidus en tout point de la pyramide. Les analyses chimiques utilisées comme application proviennent de sites paléosidérurgiques lorrains : des minerais « minette de Lorraine » et des scories de réduction de ce minerai : des scories riches en fer à wüstite et des scories ressemblant minéralogiquement à des laitiers (pauvres en fer). L’ensemble des analyses se situe dans un plan dont le rapport SiO2/Al2O3 est constant et qui est caractéristique de ce minerai. Il y a une relative bonne corrélation entre le positionnement dans les domaines de stabilité et la minéralogie des scories. L’ensemble des scories présente une variation de température minimale de fusion similaire, de 1150°C à 1380°C. Dans le diagramme t°C=f [FeO], les scories se divisent en deux groupes au comportement différent : pas de relation t°C/[FeO] pour les scories riches en fer ; influence de la t°C sur[FeO] pour les scories type « laitier ». On peut donc penser que les processus physico chimiques mis en jeu peuvent présenter des différences de l’un à l’autre groupe : l’étude de ces scories apporte des éléments pour comprendre les changements de processus induits par les changements de procédé, du bas au haut fourneau.
Merluzzo Paul - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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L’étude de la filiation minerais / scories / objets, en sidérurgie ancienne : L’importance d’une base de données archéologique / archéométrique régionale ; l’exemple de la Lorraine
HAL CCSD, 2010Co-Authors: Le Carlier De Veslud, Cécile, Leroy Marc, Merluzzo PaulAbstract:International audienceDepuis près de vingt ans, un vaste programme d’étude est développé en Lorraine, concernant la sidérurgie ancienne. Ce travail a été initié et développé par Marc Leroy. Accompagnant une étude archéologique complète de cette activité métallurgique, une banque de données d’analyses chimiques s’est constituée au fil des ans, portant ainsi le nombre d’échantillons analysés (minerais et scories) à plus de trois cent cinquante. Les analyses globales sont effectuées par ICP-AES pour les éléments majeurs et par ICP-MS pour les éléments en trace (laboratoire SARM du CRPG, Nancy). Elles portent sur des échantillons prélevés lors de fouilles d’ateliers mais également lors de prospections (minerais géologiques ou scories prélevées sur les amas de déchets encore visibles dans le paysage autrement appelés ferriers). Ce travail qui s’inscrit dans le temps a permis d’obtenir une bonne cartographie archéologique et archéométrique de la région. Les résultats du traitement de cette base de données sont les suivants : deux types de minerais de compositions chimiques différentes ont été exploités : la Minette de Lorraine riche en certains éléments chimiques, et le minerai de Fer Fort appauvrit en ces mêmes éléments. Cette différence de composition chimique se retrouve dans la composition des scories de réduction associées. On a ainsi pu constater que neuf ateliers de réduction sur dix employaient la Minette comme minerai, sites qui sont datés de la période gallo-romaine à l’apparition des premiers hauts fourneaux. La spécificité chimique de la Minette de Lorraine nous a permis de prolonger l’étude afin de tenter de caractériser les déchets des étapes suivantes de la chaîne opératoire. Tout d’abord, il a fallu fixer les bornes de la variation chimique du minerai, et surtout celles des scories de réduction associées, élément par élément. Seule une vaste campagne d’analyses chimiques peut permettre de réaliser cela. Cette signature est caractérisée par de fortes teneurs en certains éléments chimiques (Ca, P, V, Cr, Be…) et par les rapports des éléments chimiques entre eux, qui peuvent être assez constants et spécifiques. Il est très important de connaître ces paramètres concernant les scories de réduction (et non ceux des minerais) car ce sont eux qui vont servir à tracer les filiations chimiques dans la suite de la chaîne opératoire. C’est donc parce que les caractères chimiques des scories de réduction ont bien été déterminés qu’il est possible d’isoler les caractères chimiques des autres déchets de la suite de la chaîne opératoire. Ainsi, en considérant les teneurs en SiO2, Al2O3 et CaO, il est possible d’isoler un groupe d’une cinquante d’analyses qui correspondent à des scories de post-réduction ; le lot principal d’analyses (deux cent cinquante analyses) correspondant aux scories de réduction. L’utilisation d’éléments en trace permet d’aller plus loin dans l’interprétation des scories de post-réduction. Ainsi, dans le diagramme ternaire (Co+Ni ; Cu+Zn ; Cr+V) il est possible de séparer les scories issues de l’étape de l’épuration de la masse brute (étape suivant la réduction), de celle issue de la forge d’élaboration des objets métalliques. Les scories d’épuration sont encore enrichies en V et Cr, éléments chimiques provenant du minerai (l’épuration consiste entre autre à évacuer les derniers fragments de scories de réduction qui adhèrent encore au métal produit). Enfin, un dernier développement semble pouvoir être réalisé. Il s’agit de faire le lien chimique entre les scories de réduction et les objets manufacturés, qui contiennent encore dans leur structure interne des inclusions de scories de réduction. L’analyse de ces inclusions et la comparaison avec la banque de données (des scories de réduction) devra permettre à terme d’identifier des objets qui auront été fabriqués avec le minerai « Minette de Lorraine ». Cette étude, actuellement unique en France, montre bien les développements très prometteurs qu’une telle approche régionale peut laisser envisager. Seules de vastes études régionales associant observations archéologiques et analyses archéométriques pourront, à terme, permettre de connaître l’ampleur des productions dans chaque région, à chaque époque, et pourront, on l’espère, mettre en évidence des circuits de commercialisation du métal
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L’étude de la filiation minerais / scories / objets, en sidérurgie ancienne : L’importance d’une base de données archéologique / archéométrique régionale ; l’exemple de la Lorraine
HAL CCSD, 2009Co-Authors: Le Carlier De Veslud, Cécile, Leroy Marc, Merluzzo PaulAbstract:National audienceDepuis près de vingt ans, un vaste programme d’étude est développé en Lorraine, concernant la sidérurgie ancienne. Ce travail a été initié et développé par Marc Leroy. Accompagnant une étude archéologique complète de cette activité métallurgique, une banque de données d’analyses chimiques s’est constituée au fil des ans, portant ainsi le nombre d’échantillons analysés (minerais et scories) à plus de trois cent cinquante. Les analyses globales sont effectuées par ICP-AES pour les éléments majeurs et par ICP-MS pour les éléments en trace (laboratoire SARM du CRPG, Nancy). Elles portent sur des échantillons prélevés lors de fouilles d’ateliers mais également lors de prospections (minerais géologiques ou scories prélevées sur les amas de déchets encore visibles dans le paysage autrement appelés ferriers). Ce travail qui s’inscrit dans le temps a permis d’obtenir une bonne cartographie archéologique et archéométrique de la région. Les résultats du traitement de cette base de données sont les suivants : deux types de minerais de compositions chimiques différentes ont été exploités : la Minette de Lorraine riche en certains éléments chimiques, et le minerai de Fer Fort appauvrit en ces mêmes éléments. Cette différence de composition chimique se retrouve dans la composition des scories de réduction associées. On a ainsi pu constater que neuf ateliers de réduction sur dix employaient la Minette comme minerai, sites qui sont datés de la période gallo-romaine à l’apparition des premiers hauts fourneaux. La spécificité chimique de la Minette de Lorraine nous a permis de prolonger l’étude afin de tenter de caractériser les déchets des étapes suivantes de la chaîne opératoire. Tout d’abord, il a fallu fixer les bornes de la variation chimique du minerai, et surtout celles des scories de réduction associées, élément par élément. Seule une vaste campagne d’analyses chimiques peut permettre de réaliser cela. Cette signature est caractérisée par de fortes teneurs en certains éléments chimiques (Ca, P, V, Cr, Be…) et par les rapports des éléments chimiques entre eux, qui peuvent être assez constants et spécifiques. Il est très important de connaître ces paramètres concernant les scories de réduction (et non ceux des minerais) car ce sont eux qui vont servir à tracer les filiations chimiques dans la suite de la chaîne opératoire. C’est donc parce que les caractères chimiques des scories de réduction ont bien été déterminés qu’il est possible d’isoler les caractères chimiques des autres déchets de la suite de la chaîne opératoire. Ainsi, en considérant les teneurs en SiO2, Al2O3 et CaO, il est possible d’isoler un groupe d’une cinquante d’analyses qui correspondent à des scories de post-réduction ; le lot principal d’analyses (deux cent cinquante analyses) correspondant aux scories de réduction. L’utilisation d’éléments en trace permet d’aller plus loin dans l’interprétation des scories de post-réduction. Ainsi, dans le diagramme ternaire (Co+Ni ; Cu+Zn ; Cr+V) il est possible de séparer les scories issues de l’étape de l’épuration de la masse brute (étape suivant la réduction), de celle issue de la forge d’élaboration des objets métalliques. Les scories d’épuration sont encore enrichies en V et Cr, éléments chimiques provenant du minerai (l’épuration consiste entre autre à évacuer les derniers fragments de scories de réduction qui adhèrent encore au métal produit). Enfin, un dernier développement semble pouvoir être réalisé. Il s’agit de faire le lien chimique entre les scories de réduction et les objets manufacturés, qui contiennent encore dans leur structure interne des inclusions de scories de réduction. L’analyse de ces inclusions et la comparaison avec la banque de données (des scories de réduction) devra permettre à terme d’identifier des objets qui auront été fabriqués avec le minerai « Minette de Lorraine ». Cette étude, actuellement unique en France, montre bien les développements très prometteurs qu’une telle approche régionale peut laisser envisager. Seules de vastes études régionales associant observations archéologiques et analyses archéométriques pourront, à terme, permettre de connaître l’ampleur des productions dans chaque région, à chaque époque, et pourront, on l’espère, mettre en évidence des circuits de commercialisation du métal
Benjamin Van Wyk De Vries - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Endogenous and exogenous growth of the monogenetic Lemptégy volcano, Chaîne des Puys, France
Geosphere, 2014Co-Authors: Audray Delcamp, Benjamin Van Wyk De Vries, Petit Stéphane, Matthieu KervynAbstract:The monogenetic Lemptegy volcano in the Chaine des Puys (Auvergne, France) was quarried from 1946 to 2007 and offers the possibility to study scoria cone architecture and evolution. This volcano was originally 50–80 m high, but scoria excavation has resulted in a 50-m-deep hole. Beginning in the 1980s, extraction was carried out with the advice of volcanologists so that Lemptegy’s shallow plumbing system and three-dimensional stratigraphy have been preserved. Detailed mapping enabled key stratigraphic units to be distinguished and the constructional phases to be reconstructed. The emplacement and evolution of the shallow plumbing system have also been unraveled. The growth of this monogenetic scoria cone included two temporally well-separated eruptions from closely spaced vents. The activity included Hawaiian, Strombolian and Vulcanian explosions, lava effusion, cryptodome and dome formation, partial collapse, satellite vent formation, eruptive pauses, and intrusion emplacement with consequent uplift. The cone shape, structure, and hence the local stress field, plumbing system, and thermal state were continuously changing, which in turn influenced the eruptive style and location. The plumbing system morphology and microtectonic structures both record local stress field and magmatic flow direction changes. Lemptegy volcano’s internal architecture, stratigraphy, and evolution show how complex a monogenetic volcano can be.
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Endogenous and exogenous growth of the monogenetic Lemptégy volcano, Chaîne des Puys, France
Geosphere, 2014Co-Authors: Audray Delcamp, Benjamin Van Wyk De Vries, Stéphane Petit, Matthieu KervynAbstract:The monogenetic Lemptégy volcano in the Chaîne des Puys (Auvergne, France) was quarried from 1946 to 2007 and offers the possibility to study scoria cone architecture and evolution. This volcano was originally 50–80 m high, but scoria excavation has resulted in a 50-m-deep hole. eginning in the 1980s, extraction was carried out with the advice of volcanologists so that Lemptégy’s shallow plumbing system and three-dimensional stratigraphy have been preserved. Detailed mapping enabled key stratigraphic units to be distinguished and the constructional phases to be reconstructed. The emplacement and evolution of the shallow plumbing system have also been unraveled. The growth of this monogenetic scoria cone included two temporally well-separated eruptions from closely spaced vents. The activity included Hawaiian, Strombolian and Vulcanian explosions, lava effusion, cryptodome and dome formation, partial collapse, satellite vent formation, eruptive pauses, and intrusion emplacement with consequent uplift. The cone shape, structure, and hence the local stress fi eld, plumbing system, and thermal state were continuously hanging, which in turn infl uenced the eruptive style and location. The plumbing system morphology and microtectonic structures both record local stress fi eld and magmatic fl ow direction changes. Lemptégy volcano’s internal architecture, stratigraphy, and evolution show how complex a monogenetic volcano can be.
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Magma emplacement into the Lemptégy scoria cone (Chaîne Des Puys, France) explored with structural, anisotropy of magnetic susceptibility, and Paleomagnetic data
Bulletin of Volcanology, 2013Co-Authors: M. S. Petronis, Audray Delcamp, Benjamin Van Wyk De VriesAbstract:The Lemptégy volcano is a small monogenetic scoria cone located in the Chaîne des Puys, Auvergne, France, which erupted about 32,000 years ago. A first edifice (Lemptégy 1) formed during a trachybasalt eruption as a group of satellite vents of the Puy de Gouttes scoria cone. A second trachyandesitic edifice (Lemptégy 2) formed soon after and completely covered Lemptégy 1 with an 80-m-high breached cone. Since 1946, the Lemptégy volcano has been quarried for scoria and today offers unprecedented three-dimensional exposure of the subvolcanic plumbing system. To map the internal flow architecture of the plumbing system and to study the subvolcanic deformation of Lemptégy 2, structural mapping, petrographic observations, anisotropy of magnetic susceptibility (AMS), rock magnetic, and paleomagnetic data were collected. Field structural mapping and thin section study of tension gashes, Riedel shears, striations as well as ductile shear zones and bubbles allow the direction and sense of the magma flow to be determined. Twenty AMS sites were established in ten dikes (one to four sites in each dike) with 504 specimens analyzed and 479 specimens used to infer magma flow patterns. Structural data, the maximum susceptibility axis ( K _1), and the imbrication of the magnetic foliation ( K _1– K _2) planes indicate both upward and downward sense of flow, as well as flow toward and away from the central vent. Rock magnetic experiments reveal that a cubic Fe–Ti oxide phase, likely low-Ti titanomagnetite, is the principal magnetic phase carrying both the remanence and anisotropy. Paleomagnetic data from some sites yield statistically distinct, at the 95 % confidence level, remanence directions while at other sites the data are indistinguishable at the 95 % confidence level. The paleomagnetic results, observed steeply tilted scoria layers, internal unconformities, and faults show that as each dike was emplaced, it displaced earlier dikes evidencing subvolcanic deformation. The Lemptégy 2 volcano shares similarities in terms of inferred eruption style and structures with other scoria cones, such as Cerro Negro (Nicaragua), and thus provides an excellent field laboratory to investigate active scoria cones world-wide.
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Endogenous and exogenous growth of the monogenetic Lemptégy volcano, Chaîne des Puys, France
Geosphere, 2014Co-Authors: Audray Delcamp, Benjamin Van Wyk De Vries, Petit Stéphane, Matthieu KervynAbstract:The monogenetic Lemptegy volcano in the Chaine des Puys (Auvergne, France) was quarried from 1946 to 2007 and offers the possibility to study scoria cone architecture and evolution. This volcano was originally 50–80 m high, but scoria excavation has resulted in a 50-m-deep hole. Beginning in the 1980s, extraction was carried out with the advice of volcanologists so that Lemptegy’s shallow plumbing system and three-dimensional stratigraphy have been preserved. Detailed mapping enabled key stratigraphic units to be distinguished and the constructional phases to be reconstructed. The emplacement and evolution of the shallow plumbing system have also been unraveled. The growth of this monogenetic scoria cone included two temporally well-separated eruptions from closely spaced vents. The activity included Hawaiian, Strombolian and Vulcanian explosions, lava effusion, cryptodome and dome formation, partial collapse, satellite vent formation, eruptive pauses, and intrusion emplacement with consequent uplift. The cone shape, structure, and hence the local stress field, plumbing system, and thermal state were continuously changing, which in turn influenced the eruptive style and location. The plumbing system morphology and microtectonic structures both record local stress field and magmatic flow direction changes. Lemptegy volcano’s internal architecture, stratigraphy, and evolution show how complex a monogenetic volcano can be.
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Endogenous and exogenous growth of the monogenetic Lemptégy volcano, Chaîne des Puys, France
Geosphere, 2014Co-Authors: Audray Delcamp, Benjamin Van Wyk De Vries, Stéphane Petit, Matthieu KervynAbstract:The monogenetic Lemptégy volcano in the Chaîne des Puys (Auvergne, France) was quarried from 1946 to 2007 and offers the possibility to study scoria cone architecture and evolution. This volcano was originally 50–80 m high, but scoria excavation has resulted in a 50-m-deep hole. eginning in the 1980s, extraction was carried out with the advice of volcanologists so that Lemptégy’s shallow plumbing system and three-dimensional stratigraphy have been preserved. Detailed mapping enabled key stratigraphic units to be distinguished and the constructional phases to be reconstructed. The emplacement and evolution of the shallow plumbing system have also been unraveled. The growth of this monogenetic scoria cone included two temporally well-separated eruptions from closely spaced vents. The activity included Hawaiian, Strombolian and Vulcanian explosions, lava effusion, cryptodome and dome formation, partial collapse, satellite vent formation, eruptive pauses, and intrusion emplacement with consequent uplift. The cone shape, structure, and hence the local stress fi eld, plumbing system, and thermal state were continuously hanging, which in turn infl uenced the eruptive style and location. The plumbing system morphology and microtectonic structures both record local stress fi eld and magmatic fl ow direction changes. Lemptégy volcano’s internal architecture, stratigraphy, and evolution show how complex a monogenetic volcano can be.
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Magma emplacement into the Lemptégy scoria cone (Chaîne Des Puys, France) explored with structural, anisotropy of magnetic susceptibility, and Paleomagnetic data
Bulletin of Volcanology, 2013Co-Authors: M. S. Petronis, Audray Delcamp, Benjamin Van Wyk De VriesAbstract:The Lemptégy volcano is a small monogenetic scoria cone located in the Chaîne des Puys, Auvergne, France, which erupted about 32,000 years ago. A first edifice (Lemptégy 1) formed during a trachybasalt eruption as a group of satellite vents of the Puy de Gouttes scoria cone. A second trachyandesitic edifice (Lemptégy 2) formed soon after and completely covered Lemptégy 1 with an 80-m-high breached cone. Since 1946, the Lemptégy volcano has been quarried for scoria and today offers unprecedented three-dimensional exposure of the subvolcanic plumbing system. To map the internal flow architecture of the plumbing system and to study the subvolcanic deformation of Lemptégy 2, structural mapping, petrographic observations, anisotropy of magnetic susceptibility (AMS), rock magnetic, and paleomagnetic data were collected. Field structural mapping and thin section study of tension gashes, Riedel shears, striations as well as ductile shear zones and bubbles allow the direction and sense of the magma flow to be determined. Twenty AMS sites were established in ten dikes (one to four sites in each dike) with 504 specimens analyzed and 479 specimens used to infer magma flow patterns. Structural data, the maximum susceptibility axis ( K _1), and the imbrication of the magnetic foliation ( K _1– K _2) planes indicate both upward and downward sense of flow, as well as flow toward and away from the central vent. Rock magnetic experiments reveal that a cubic Fe–Ti oxide phase, likely low-Ti titanomagnetite, is the principal magnetic phase carrying both the remanence and anisotropy. Paleomagnetic data from some sites yield statistically distinct, at the 95 % confidence level, remanence directions while at other sites the data are indistinguishable at the 95 % confidence level. The paleomagnetic results, observed steeply tilted scoria layers, internal unconformities, and faults show that as each dike was emplaced, it displaced earlier dikes evidencing subvolcanic deformation. The Lemptégy 2 volcano shares similarities in terms of inferred eruption style and structures with other scoria cones, such as Cerro Negro (Nicaragua), and thus provides an excellent field laboratory to investigate active scoria cones world-wide.