La compréhension et la simulation des mécanismes de déformation dans la croûte supérieure sont des enjeux scientifiques et techniques importants. La calcite étant un minéral commun de la croûte supérieure se déformant essentiellement par maclage sous 200 °C, c'est pour cette raison que l'on s'intéresse plus particulièrement au maclage de la calcite dans le cadre de cette thèse. L'utilisation du maclage de la calcite n'en est pas à son coup d'essai et de nombreuses méthodes d'inversions existent que ce soit pour remonter aux tenseurs des contraintes comme aux tenseurs des déformations. Cette thèse propose une nouvelle méthode d'inversion basée sur l'inversion d'Etchopar permettant de reconstruire 5 sur 6 paramètres du tenseur des contraintes avec une quantification fine des incertitudes. Cette méthode permet de détecter automatiquement l'existence d'un ou de plusieurs évènements tectoniques enregistrés par le maclage de la calcite. Un deuxième volet de la thèse consiste en l'amélioration de la méthode d'acquisition des données de macles en utilisant un EBSD (electron backscatter diffraction). En effet, l'utilisation traditionnelle de la platine universelle a des limitations techniques et amène aussi à un doute visuel sur l'appréciation du statut non-maclé de certains plans, en plus du côté long et fastidieux. Le dernier volet de la thèse consiste à déterminer le seuil de maclage de la calcite pour différentes tailles de grains à l'aide de tests mécaniques sous une presse uniaxiale. Qui plus est, le suivi en continu des déformations sur les monocristaux de calcite a permis de mettre en évidence le comportement macroscopique d'un cristal de calcite et la séquence de maclage. / The understanding and modelling of deformation mechanics in the upper crust are important scientific and technical issues. The calcite is a common mineral in the upper crust and mainly deforms by twinning under 200°C. That is why we are interested by calcite twinning as part of this thesis. It is not the first time that calcite twinning is used to reconstruct paleostress or paleostrain tensors. This thesis propose a new inversion method based on the Etchecopar’s one allowing to reconstruct 5 among 6 parameters of the stress tensor with an accurate quantification of the uncertainties. This method allows to automatically detect the realness of one or several tectonic events recorded by calcite twinning. A second part of the thesis consists in the improvement of the data acquisition by using EBSD (electron backscatter diffraction). In fact, the traditional use of the universal stage has technical limitations and brings some optical doubt about the untwinned status of few planes in addition to the long and tedious side. The last part of the thesis consists in the establishing the threshold of calcite twinning for different grain sizes by mechanical tests under a uniaxial press. Moreover, the continuous monitoring of the experiments using single crystals of calcite allowed to highlight the macroscopic behavior of a single crystal and the sequence of twinning.

La chronologie de la formation de la croûte continentale est débattue mais la plupart des modèles convergent sur le fait qu'une bonne partie de la croûte continentale présente à la surface de la Terre aujourd'hui est présente depuis le Protérozoïque (2,5 - 0, 54 Ga) et qu'elle a essentiellement subit un remaniement au cours d'orogénèses. L'uranium, qui est un élément incompatible, est un traceur de cette évolution depuis son fractionnement initial par fusion partielle du manteau jusqu'à son remaniement dans les niveaux crustaux supérieurs. La ceinture orogénique Néoprotérozoïque Pan-africaine (0,5 ± 0,1 Ga) du Damara en Namibie constitue une cible géologique pour tester les relations entre croissance / évolution crustale et métallogénie de l'uranium. Elle s'est formée suite à la collision des cratons archéens du Congo et du Kalahari (plaque subductante). Ce travail de thèse montre que l'évolution de la croute continentale de la ceinture du Damara durant l'orogènese Pan-africaine au Néoprotérozoïque se fait par remaniement de roches ayant été extraites du manteau depuis l'Archéen et que leur fusion partielle est le mécanisme prépondérant pour la minéralisation uranifère primaire associée à la cristallisation de granites intrusifs. Les granites in-situ issus de la fusion partielle des sédiments dans les niveaux crustaux supérieurs sont peu ou pas propices à de fortes concentrations d'uranium du fait 1) de la faible préconcentration de leur protolithes et 2) de leur migration relativement limitée. Les granites intrusifs minéralisés correspondent à des injections tardi- à post-collision (ca. 520 - 480 Ma dans la zone centrale) et sont liés aux phases de relaxation thermique et d'effondrement gravitaire subséquentes à l'épaississement crustal de l'orogène dans un contexte de convergence de plaques / The chronology of continental crust formation is debated but most models converge on the fact that much of the continental crust on the surface of the Earth is present since the Proterozoic (2.5 - 0, 54 Ga) and has essentially undergoes reworking during orogenesises. Uranium which is an incompatible element is a tracer of this crustal evolution, since its initial fractionation by partial melting of the mantle to its reworking in higher crustal levels. Neoproterozoic Pan-African (0.5 ± 0.1 Ga) orogenic belt of the Damara in Namibia is a good geological target to test the relationship between crustal growth and evolution and metallogeny of uranium. It was formed after the collision of the Archean cratons of Congo and Kalahari (subducting plate). This thesis shows that the evolution of the continental crust during the Neoproterozoic Damara Orogen is by reworking of Archaean to Neoproterozoic crustal domains and partial melting of rocks is the predominant mechanism for primary uranium mineralization associated with crystallization of intrusive granites derived from anatexis of paleo- to mesoproterozoic basement fragments. The intrusive granites issued from partial melting of sediments in the upper crustal levels are low or not favorable to high concentrations of uranium because of 1) the low preconcentration of their protoliths and 2) their relatively limited migration. The mineralized intrusive granites correspond to late- to post-collision injections (ca. 520-480 Ma in the central area) and are related to thermal relaxation phases and gravitational collapse subsequent to thickening in crustal orogen in a context of plates convergence

Les zones de subduction présentent un intérêt majeur en termes de ressources minérales, notamment à cuivre et or. De nombreuses études se sont focalisées sur les mécanismes physico-chimiques de formation de ces minéralisations, mais très peu se sont intéressées aux processus géodynamiques qui contrôlent ces mécanismes. Dans cette étude, j’identifie les processus mantelliques et crustaux, liés à la dynamique tridimensionnelle (3D) de la subduction, qui favorisent la genèse de ces concentrations métalliques. La zone de subduction est-Méditerranéenne présente une évolution tectonique et magmatique complexe, avec de nombreuses données métallogéniques disponibles, ce qui en fait une zone d’étude privilégiée afin d’étudier ces interactions entre subduction et minéralisations. Ce travail a consisté à (1) réaliser un nouveau modèle de reconstructions cinématiques de la région, (2) caractériser la distribution spatiale et temporelle des occurrences magmatiques et minéralisées à partir de ce modèle, (3) mettre en évidence, via une étude de terrain, le contrôle structural de ces minéralisations et (4) apporter des contraintes physiques aux modèles conceptuels alors proposés, à l’aide d’une étude de modélisation numérique thermo-mécanique 3D. Deux provinces métallogéniques ont ainsi été mises en évidence : (1) au Crétacé supérieur, une province riche en cuivre qui s’est développée dans un environnement d’arc et (2) à l’Oligocène-Miocène, une province riche en plomb-zinc puis en or, qui s’est mise en place dans un contexte d’arrière-arc. Ces épisodes fertiles sont contrôlés par le retrait de la zone de subduction et les flux asthénosphériques associés qui permettent l’instauration d’un régime tectonique extensif (ou transtensif) dans la lithosphère, favorisant la genèse de ces systèmes minéralisés. Leur contenu métallique ainsi que leur typologie est alors fonction (1) de l’intensité avec laquelle ces processus influent sur la cinématique de subduction et (2) de l’histoire géodynamique antérieure de cette zone de subduction. / Subduction zones display a major economic interest, in terms of mineral resources, with mainly copper and gold deposits. While many studies focus on ore-forming physico-chemical mechanisms, the control of geodynamic processes on such deposits remains poorly investigated. In this study, I track tridimensional (3D) subduction-related mantle and crustal processes that promote ore genesis. The eastern Mediterranean subduction zone is a relevant study area to explore subduction-mineralization interactions, because of its complex tectonic and magmatic evolution and the large number of available metallogenic data. This work consisted in (1) performing a new kinematic reconstruction model of this region, (2) using this model, characterizing the spatial and temporal distribution of magmatic and ore occurrences, (3) evidencing, on the field, the relations between mineralization and large-scale tectonic structures and (4) providing physical constrains to proposed conceptual models, using 3D thermo-mechanical numerical modeling. Two main metallogenic provinces are evidenced: a late Cretaceous copper-rich and an Oligocene-Miocene lead-zinc- then gold-rich provinces emplaced in an arc and back-arc context, respectively. These metallogenic periods are controlled by the subduction zone retreat and associated asthenospheric flow that results in an extensional (or transtensional) tectonic regime in the overriding lithosphere, promoting ore genesis. Their metal content, as well as their typology then depend on (1) how much these processes affect the subduction kinematics and (2) the past geodynamic evolution of this subduction zone.

Afin de parvenir à une meilleure compréhension des processus d’évolution des magmas réunionnais, nous avons réalisé une étude ayant pour objectifs principaux : (1) la simulation expérimentale du système d’alimentation du Piton de la Fournaise, à partir d’un matériel de départ de composition typique de Steady State Basalt et dans des conditions de pression, température, fO2 et de teneurs en volatils (H2O, CO2) réalistes ; (2) la détermination de la séquence de cristallisation d’échantillons représentatifs des roches plutoniques réunionnaises de façon à les comparer avec les résultats expérimentaux et (3) l’obtention d’une base de données volcanologiques, pétrologiques et géochimiques significative sur le groupe de laves anormales (« Abnormal Group ») permettant de confirmer son existence dans le système d’alimentation du Piton de la Fournaise. La découverte de verres silicatés ayant des compositions caractéristiques de l’Abnormal Group confirme l’implication de ces magmas dans l’activité éruptive. Toutefois, les roches plutoniques n’enregistrent pour la plupart que des séquences de cristallisation témoignant d’une évolution superficielle des magmas. Cette dernière est simulée de façon satisfaisante par les expérimentations réalisées dans la gamme 0.1 à 50 MPa qui conduisent à des modèles pétrologiques et des pressions de stockage en accord avec les données géophysiques. Les expérimentations à plus forte pression démontrent l’existence de paliers au sein du système d’alimentation qui peuvent en grande partie expliquer les diverses compositions réunionnaises, mais posent la question de la composition des magmas parentaux. / To better understand magmatic processes associated with the evolution of La Réunion magmas, we have carried out a multi-approach study aimed at (1) simulating experimentally the feeding system of the Piton de la Fournaise volcano, using a Steady State Basalt starting material and P-T-fO2-Volatiles (H2O, CO2) conditions compatible with the natural system; (2) determining crystallization sequences representative of La Réunion plutonic rocks for comparison with the experimental results and (3) constructing a volcanological, petrological and geochemical database for lavas of the Abnormal Group, to confirm the existence of Abnormal melts in the feeding system of the volcano. The discovery of glasses having chemical characteristics similar to the Abnormal Group establishes the implication of Abnormal melts in eruptive processes. However, plutonic rocks record crystallization sequences that for the most part indicate a low pressure magmatic evolution. Experiments in the pressure range 0.1 to 50 MPa satisfactorily reproduce conditions in the shallow magmatic systems and lead to petrological models and magma storage depths in agreement with geophysical data. Experiments at higher pressures demonstrate transitions in magma fractionation mechanisms in the feeding system that can explain the range of erupted compositions, but call into question the compositions of parental magmas.

Cette thèse analyse l’impact de l’héritage sur le Cycle de Wilson de l'Atlantique Nord via (1) la cartographie des structures orogéniques, et de l’architecture et l'évolution temporelle des rifts ; (2) une synthèse de l'architecture des systèmes de rift hyper-étendus ; (3) la modélisation numérique de l'effet d'un sous-plaquage magmatique sur un épisode de rift subséquent. Conclusions : (1) Les caractéristiques du rift Nord Atlantique diffèrent significativement entre les lithosphères Calédonienne et Varisque; (2) Deux types extrêmes de systèmes de rift : (a) étroits et immatures, dont la fermeture mène à une orogenèse contrôlée par des processus mécaniques ; et (b) larges et matures, dont les orogenèses sont affectées par des processus magmatiques; (3) Le sous-plaquage mafique de la croûte continentale et/ou l'existence de manteau appauvri à l'aplomb d'une ancienne zone orogénique peut empêcher la réactivation des faiblesses héritées et entraîner le boudinage de la croûte continentale. / In this thesis, I analyse the impact of inheritance on the Wilson Cycle in the North Atlantic: (1) I map the main orogenic structures, the first-order architecture of rift systems and the timing of major rifting events; (2) I synthesise the first-order architecture of rift systems; (3) I study, via numerical modelling, the impact of underplating on subsequent rifting. Conclusions: (1) The characteristics of the North Atlantic rift system vary significantly depending on whether it affects the Caledonian or Variscan orogenic lithosphere; (2) Two end-members for rift systems can be defined : (a) narrow and immature, whose closure results in orogenesis essentially controlled by mechanical processes; (b) wide and mature, whose closure and subsequent orogenesis is largely affected by magmatic processes; (3) Mafic underplating and/or mantle depletion beneath a former orogenic area may prevent the reactivation of the inherited weaknesses and may trigger the boudinage of the continental crust.

Pour mieux comprendre le processus géodynamique qui a permis la destruction du craton Nord Chinois (NCC), le rôle des fluides mantelliques a été examiné. Pour cela, les distributions des teneurs en eau et des compositions isotopiques du Lithium dans le manteau lithosphérique NCC ont été déterminées à partir des xénolites de péridotite entrainés par les basaltes mésozoïques et cénozoïques. Une variation temporelle des teneurs en eau est observée. Le manteau lithosphérique cénozoïque est appauvri en eau, sans doute suite à l'amincissement crustal et au réchauffement du manteau résiduel par un flux ascendant asthénosphérique. Le manteau lithosphérique mésozoïque montre des teneurs en eau intermédiaire entre les teneurs élevées du Crétacé et les teneurs basses cénozoïques, indiquant une déshydratation du manteau commençant dès le début de sa destruction. Cette déshydratation, facilitée par la destruction du manteau lithosphérique profond, permet de renforcer la rigidité de la lithosphère et lui permet de résister à la convection mantellique. Les distributions élémentaire et isotopique du Li montrent une grande hétérogénéité, aux échelles intra et inter-cristallines. Par simulation numérique, nous démontrons que deux enrichissements successifs ont affecté le manteau, un enrichissement limité (<5ppm) avec une signature pauvre en 7Li ([delta]7Li ~ -20 [pour mille]), suivi d'un enrichissement important (> 100 ppm) avec une signature riche ([delta]7Li ~ +20 [pour mille]), précédent de peu l'exhumation des xénolites. La formation des liquides métasomatiques responsables de ces enrichissements nécessite une distribution hétérogène dans le manteau NCC d'éléments recyclés lors de la subduction à l'est du NCC / In order to investigate the geodynamic cause for destruction of the North China Craton (NCC), the role of mantle fluids is examined. The aim of the PHD work is to clarify H2O contents and lithium isotopic compositions of the NCC lithospheric mantle by studying peridotite xenoliths hosted by Mesozoic-Cenozoic basalts across eastern NCC. A temporal variation of H2O content has been revealed, and it has deep implications for processes of craton destruction. The Cenozoic lithospheric mantle was featured by low H2O content, interpreted to be the relict mantle that survived the lithospheric thinning and has been dewatered by reheating from upwelling asthenospheric flow. The late-Mesozoic lithospheric mantle showed relatively high H2O content, a hydrous status intermediate between the Cretaceous hydration and the Cenozoic dryness, indicating the dehydration of the NCC mantle with time during NCC destruction. The dehydration, facilitated by thinning of weak mantle pieces at bottom, is one way by which the lithosphere strengthens itself to survive in the convecting mantle. Extreme Li and isotopic disequilibria were observed intra- and inter-mineral in the peridotites. With numerical simulations, we demonstrate two superimposed Li enrichment events occurring at the mantle: a limited Li enrichment (< 5 ppm) and large delta7Li depletion (-20~-10[per 1000]) of the mantle domain, followed by a recent and transient infiltration of high Li and delta7Li (up to +20 [per 1000]) melts/fluids. The anomalous Li isotopic compositions of mantle metasomatic agents call upon the same of their mantle sources, and we assume recycled components, both Li isotopically heavy and light, in the mantle beneath the eastern NCC