Caractérisation géophysique de la croûte terrestre islandaise : apport de l'étude des propriétés magnétiques et électriques des roches basaltiques // Geophysical characterization of the Icelandic crust: insight form electrical and magnetic properties of r

L'Islande est une île volcanique dont la croûte terrestre comporte de nombreuses anomalies géophysiques identifiées depuis les années 1970, mais dont les origines sont aujourd'hui encore très débattues (Foulger et al. 2019). L'interprétation de ces anomalies requiert des connaissances fines des propriétés physiques des roches magmatiques. Améliorer ces connaissances vise à mieux identifier la distribution de la température en profondeur, la nature des roches, la présence de magmas, les circulations hydrothermales, les structures tectoniques. Ces aspects revêtent des enjeux en termes de production énergétique (géothermie), de risques volcaniques, ou de géodynamique. Le projet de thèse se focalisera sur l'étude de deux types de propriétés des roches : les propriétés magnétiques et électriques. Il proposera de fournir des contraintes pour améliorer l'interprétation d'observations géophysiques très répandues en contexte magmatique, en particulier pour la prospection géothermique et l'étude des processus crustaux : les levés magnétiques (Bouligand et al., 2023) et les sondages électriques ou électromagnétiques (e.g. Vilhjalmson et Flovenz, 2017, Lévy et al., 2019).

L'objet d'étude concernera la caractérisation à haute résolution spatiale des systèmes volcaniques, tels que le champ géothermique de Krafla, où les sondages de proche surface (<2km), indiquent de fortes variations latérales d'aimantation et verticales de conductivité électrique (Bouligand et al., 2023, Lévy et al., 2019). Un enjeu du travail de thèse sera de comprendre, à la lumière de l'étude des propriétés électriques et magnétiques des roches, en quoi ces variations de propriétés sont les témoins de la dynamique du système volcanique et hydrothermal.

Le travail de thèse se consacrera à l'étude des processus qui contrôlent l'aimantation et la conduction électrique des roches basaltiques: effets de la lithologie, minéralogie magnétique, température, altérations hydrothermales. Des travaux antérieurs sur échantillons de forages ont permis d'identifier la distribution des minéraux d'altération en profondeur et leur lien avec les propriétés de conduction électrique (Lévy, 2019, Escobedo, 2018, Moinet, 2021). Le projet vise à étendre ces études aux propriétés magnétiques, mais aussi aux conditions de température régnant en profondeur, celles-ci pouvant causer d'importantes variations des propriétés. Un ensemble de carottes et cuttings de forage provenant du site de Krafla sera utilisé pour quantifier la distribution des propriétés magnétiques et électriques des roches en profondeur. Une part significative du travail sera consacrée à l'étude des effets des altérations hydrothermales, et au devenir des minéraux d'altération avec la température et la profondeur.
A l'échelle du champ géothermal de Krafla, les résultats obtenus permettront de combiner un modèle géologique existant avec un modèle de variation d'aimantation et de conduction électrique avec la lithologie et la profondeur afin d'évaluer la capacité des méthodes magnétiques et électriques à localiser les circulations hydrothermales actives. A plus grande échelle, l'identification des processus contrôlant la conduction électrique devrait permettre d'apporter de nouvelles contraintes sur la nature et les conditions physiques régnant dans la croûte islandaise profonde.
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Iceland is a volcanic island whose earth's crust displays numerous geophysical anomalies identified since the 1970s, but whose origins are still highly debated (Foulger et al. 2019). The interpretation of these anomalies requires a good knowledge of the physical properties of magmatic rocks. Improving this knowledge aims to better identify the distribution of temperature at depth, the presence of magmas, hydrothermal circulations, tectonic structures. These aspects pose challenges in terms of energy production (geothermal energy), volcanic hazards, or geodynamics. The PhD project will focus on the investigations of two types of rock properties: magnetic and electrical properties. It will provide constraints to improve the interpretation of very common geophysical observations in a magmatic context, in particular for geothermal prospecting: magnetic surveys (Bouligand et al., 2023) and electrical or electromagnetic soundings (e.g. Vilhjalmson and Flovenz, 2017, Lévy et al., 2019).

The project will be focused on the characterization of volcanic systems, such as the Krafla geothermal field, where near surface soundings (<2km), indicate strong lateral variations of magnetization and vertical variations of electrical conductivity (Bouligand et al., 2023, Lévy et al., 2019). A challenge of the PhD work will be to understand, in the light of rock physics, how these variations in properties are related to the dynamics of the volcanic and hydrothermal systems.

The PhD work will be devoted to the investigation of the processes that control the magnetization and electrical conduction in basaltic rocks: effects of lithology, magnetic mineralogy, temperature, hydrothermal alterations. Previous work on samples from drill holes allowed for identifying the distribution of alteration minerals at depth and their links to electrical conduction properties (Lévy, 2019, Escobedo, 2018, Moinet, 2021). The project aims to extend these studies to magnetic properties, but also to temperature conditions prevailing at depth, which can cause significant variations in properties. A set of cores and drill cuttings from the Krafla site will be used to quantify the distribution of magnetic and electrical properties of rocks at depth. A significant part of the work will be devoted to studying the effects of hydrothermal alterations, and the evolution of alteration and magnetic minerals with temperature and depth.
At the scale of the Krafla geothermal field, the results obtained will make it possible to combine an existing geological model with a model of variation of magnetization and electrical conduction with lithology and depth in order to evaluate the ability of magnetic and electrical methods to localize active hydrothermal circulations. At a larger scale, the identification of the processes controlling electrical conduction in basaltic rocks will provide new constraints on the nature and physical conditions prevailing in the deep Icelandic crust.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Concours GAIA

Université de Montpellier

584 GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau

Le/la candidat.e devra être titulaire d'un diplôme de niveau master en Sciences de la Terre. De multiples connaissances et compétences fondamentales seront mobilisées lors de ce travail de thèse: minéralogie, pétrologie magmatique, physique des roches, géophysique. Il/ elle devra montrer des compétences approfondies dans au moins un de ces champs disciplinaires, mais également se montrer motivé.e pour aborder les champs qui lui sont moins familiers. Une part certaine du travail de recherche sera amené à se conduire en collaboration avec les partenaires du projet. Une bonne capacité d'adaptation à différents interlocuteurs et environnements de travail sera attendue.
The applicant must have a master's degree in Earth Sciences. Multiple fundamental knowledges and skills will be mobilized during the PhD work: mineralogy of alterations, magmatic petrology, rock physics, geophysics. She or he must be comfortable in at least one of these disciplinary fields, but also be motivated to tackle fields that are foreign or less familiar to them. A certain part of the research work will be carried out in collaboration with project partners. A good ability to adapt to different contacts and working environments will be expected.