Dans les zones de subduction, de nombreux indices attestent la circulation de fluides au-dessus de la plaque plongeante et dans le coin de manteau. L'interaction de péridotites avec des fluides aqueux issus de la déshydratation de la plaque plongeante favorise la formation de serpentinites à antigorite. Les interactions fluides-roche se font sous plusieurs formes : diffusion à l'état solide, percolation aux joints de grains et pression-solution. Afin d'étudier ces différentes interactions dans les conditions du coin de manteau, de l'antigorite et de l'eau ont été placées à haute pression (1.5-3.0 GPa) et haute température (315-540°C) dans une presse Belt ou une cellule à enclumes de diamant. De l'eau D2O a permis de suivre les processus d'inter-diffusion D/H dans l'antigorite et d'identifier les chemins de circulation de fluides et des traceurs de nickel ont été utilisés pour imager les recristallisations. L'analyse de monocristaux par spectroscopie Raman et nano-SIMS a permis de déterminer une loi d'inter-diffusion D/H pour l'antigorite : DD/H (m2/s) = 7.09 x 10-3 x exp(-202(-33/+70) (kJ/mol) /RT). La déformation de l'échantillon est localisées dans des zones de cisaillement ; elle augmente la porosité (jusqu'à 10 fractures/µm) et favorise les interactions fluides-roche. Des textures d'alignement de pores ont été identifiées comme des chemins actifs de circulation de fluides par la comparaison des volumes d'interaction fluides-roche et d'images MEB à haute résolution. Les recristallisations riches en nickel ont été étudiées par analyse EDX et imagerie en électrons rétrodiffusés. Les vitesses de cristallisation augmentent avec la température et la pression / In subduction zones many evidences confirm the circulation of fluids above the subducting slab and in the mantle wedge. The interaction of peridotites and water coming from the dehydration of the subducting slab favors the formation of antigorite serpentinites. Fluid-rock interactions include several processes: solid-state diffusion, percolation at grain boundaries and pressure-solution. In order to study the various interaction processes at the mantle wedge conditions, antigorite and water were interacted at high pressure (1.5-3.0 GPa) and high temperature (315-540°C) in a belt apparatus or in a diamond anvil cell. D2O-water was used as a tracer of D/H inter-diffusion processes in antigorite and in order to image circulation paths for aqueous fluids, and nickel tracers were used to image the recrystallizations. The analyses of single-crystals with a Raman spectrometer and nano-SIMS lead to a D/H inter-diffusion law in antigorite: DD/H (m2/s) = 7.09 x 10-3 x exp(-202(-33/+70) (kJ/mol) /RT). The sample deformation, due to the non-hydrostatic pressure in the belt apparatus, is localized in shear zones; it raises the porosity (up to 10 fractures/µm) and enhances the fluid-rock interactions. Textures of pore alignments were identify as active circulation paths for fluids from the comparison of maps of fluid-rock interactions and high resolution SEM images. Nickel-rich recrystallizations were studied with EDX analyses and backscattered electron imaging. Crystallization velocities raises with increasing temperature and pressure

Les séismes intermédiaires (30-300 km) ont été largement documentés dans les plaques océaniques en subduction mais leur mécanisme physique reste énigmatique. Des séismes se produisent dans les plans de Wadati-Bénioff supérieur et inférieur. Ce dernier se situe dans le manteau lithosphérique plongeant, 15 à 40 km sous l’interface de subduction, et est considéré dû à la déshydratation de l’antigorite, serpentine de haute température.Pour tester cette hypothèse et comprendre quel mécanisme est en jeu dans le plan inférieur, des expérimentations (Griggs et D-DIA) et une étude de terrain (Balmuccia, Italie) ont été effectuées.Des péridotites artificielles ont été déshydratées pendant leur déformation dans des conditions typiques du manteau supérieur (1 à 3.5 GPa). Des émissions acoustiques sont enregistrées dans des échantillons comportant 5 %vol. d’antigorite. Les microfailles associées sont scellées par des pseudotachylites contenant des fluides, montrant que la déstabilisation de l’antigorite a déclenché une rupture dynamique et la fusion de l’olivine sur la surface de faille. Ces résultats mènent à l’établissement d’un model dans lequel un transfert de contrainte induit par déshydratation, et non par surpression de fluides, est le déclencheur de la fragilisation des roches du manteau.Parallèlement, une pseudotachylite de la péridotite de Balmuccia révèle l’enregistrement de l’histoire du glissement d’un séisme fossile de magnitude Mw > 6. La lubrification co-sismique est complète et transitoire, car le magma peut rapidement s’écouler dans les fentes en tension lors du passage du front de rupture, peut-être plus vite qu’il n’est produit. L’aspiration du magma mènerait à un refroidissement permettant le rétablissement de la résistance et l’arrêt du glissement.Cette pseudotachylite naturelle, un million de fois plus grande que son analogue expérimental, s’est formée dans les mêmes conditions de pression et de température. La grande similitude entre ces failles sur le terrain et au laboratoire indique un mécanisme similaire, et donc que les expériences montrent un mécanisme de rupture représentatif de ce qui se passe dans la nature. D’autre part, de l’H2O, trouvée fossilisée dans la pseudotachylite, était présente pendant la rupture sismique.Ce travail réconcilie des décennies d’études semblant contradictoires sur le lien entre séismes mantelliques et déshydratation de l’antigorite. À une certain échelle, une fraction d’antigorite de seulement 5 %vol. suffit à déclencher une sismicité, qui pourrait finalement être vue comme un indicateur du degré d’hydratation dans le manteau lithosphérique. / Intermediate-depth earthquakes (30-300 km) have been extensively documented within subducting oceanic slabs but their physical mechanisms remain enigmatic. Earthquakes occur both in the upper and lower Wadati-Benioff planes. The latter is located in the mantle of the subducted oceanic lithosphere, 15-40 km below the plate interface, and is thought to be due to the dehydration of antigorite, the high-temperature serpentine.To test this hypothesis and understand which mechanism is at play in the lower plane, both experiments (Griggs and D-DIA) and field work (Balmuccia, Italy) have been performed.Artificial peridotites were dehydrated during deformation at upper mantle conditions. Between 1 and 3.5 GPa, acoustic emissions are recorded in samples with only 5 vol.% antigorite. Associated microfaults are sealed by fluid-bearing pseudotachylytes, showing that antigorite destabilization triggered dynamic shear failure and frictional melting of olivine. These results lead to a model in which dehydration-induced stress transfer, rather than fluid overpressure, is the trigger of mantle rocks embrittlement.Simultaneously, a pseudotachylyte from the Balmuccia peridotite reveals the recorded sliding history of an ancient Mw > 6 earthquake. The co-seismic fault lubrication is complete and transient, as the melt could rapidly flow into tensile fractures generated by the rupture front pass through, possibly faster than it is produced. Melt suction within the fractures led to rapid cooling and may have promoted strength recovery and sliding arrest.This natural pseudotachylyte, one million times larger than the experimental ones, has formed at the same pressure and temperature. The high similarity between those experimental and natural faults indicates a similar mechanism at both scales, and thus that the experiments show a rupture mechanism representative of what happens in nature. Furthermore, H2O, found fossilized in the pseudotachylyte, was somehow present during the seismic rupture.This work reconciles decades of apparently contradictory studies on the possible link between mantle earthquakes and serpentine dehydration. At a certain scale, an antigorite fraction as low as 5 vol.% is sufficient to trigger seismicity, which could therefore ultimately be seen as an indicator for the degree of hydration in the lithospheric mantle.

La nouvelle loi canadienne sur l’amiante chrysotile décrétée par le gouvernement fédéral devrait entrer en vigueur au courant de l’année 2019 et les nouvelles normes environnementales qui en découleront nous forcent déjà à trouver des solutions pour réduire de façon significative l’impact environnemental et de revaloriser des résidus d’exploitation du chrysotile. Une des façons de réduire cet impact environnemental et revaloriser ce résidu consiste à concentrer la lizardite et l’antigorite comme matériaux générateurs de magnésium (Mg) et éliminer le chrysotile (cancérigène). Ces minéraux sont abondants dans les résidus miniers d’exploitation du chrysotile de l’ancienne mine Carey Canadian à East-Broughton dans le sud du Québec. La présente étude propose donc une revue des procédés de séparation physique des phases minérales serpentiniques et une étude détaillée sur la séparation gravimétrique par voie humide (hydrocyclonage/décantation) pour différentes classes granulométriques et une étape finale de séparation magnétique à sec pour l’extraction des minéraux magnétiques (magnétite) dans le concentré de la décantation. Les propriétés physiques, chimiques et minéralogiques du résidu initial ont été obtenues par tamisage grossier, par analyse de densité et surface spécifique, par fluorescence aux rayons X, par spectroscopie RAMAN, par MEB-EDS et par DRX. Les résultats les plus importants de cette étude sont qu’il est possible d’éliminer le chrysotile, sous forme de surverse, par hydrocyclonage en régime dilué (30% solides dans la pulpe) tout en concentrant la lizardite et l’antigorite (sousverse) avec des récupérations en Mg de l’ordre de 70 à 80 % en poids de Mg en sousverse. La séparation liquide-solide a été effectuée à 5 % de solides dans la pulpe et a permis d’augmenter la pureté du concentré d’hydrocyclonage (sousverse) avec des récupérations en Mg dans la sousverse variant entre 36 et 70 % partant des fines particules vers les grossières. La séparation magnétique a permis d’augmenter la pureté du concentré de décantation (sousverse) par l’extraction du fer. Ce qui a conduit à des récupérations croissantes en fer de 30 à 60 % à partir de particules grossières vers les fines. Les rapports Si/Mg et Fe/Si en fonction de la taille des particules pour les fractions non-magnétiques (concentrés) ont également été examinés dans une tentative d’estimation du fer résiduel présent par substitution intra-réseau Fe-Mg et Fe-Si dans les concentrés non-magnétiques. Mots clés: Hydrocyclone, Décantation, Séparation magnétique, Chrysotile, Lizardite, Antigorite. / Canada's new law on chrysotile asbestos is expected to come into force in 2019 by the federal government, and the resulting new environmental standards are already forcing us to find solutions to significantly reduce the environmental impact and revalorize chrysotile mining residues. One of the ways to reduce this environmental impact and enhance this residue is to concentrate lizardite and antigorite as magnesium (Mg) generating materials and eliminate chrysotile (carcinogenic). These minerals are abundant in the chrysotile mining tailings of the former Carey Canadian mine in East-Broughton in southern Quebec. The present study therefore proposes a review of the physical separation processes of serpentine mineral phases and a detailed study on wet gravimetric separation (hydrocycloning / decantation) for different granulometric classes and a final dry magnetic separation step for the extraction of minerals magnetic minerals (magnetite) in the concentrate of the decantation. The physical, chemical and mineralogical properties of the initial residue were obtained by coarse sieving, density and surface area analysis, X-ray fluorescence, RAMAN spectroscopy, SEM-EDS and XRD spectroscopy. The most important results of this study are that it is possible to eliminate chrysotile, in the form of overflow product, by dilute hydrocycloning (30% solids in the pulp) while concentrating lizardite and antigorite (underflow) with recoveries in Mg of the order of 70 to 80% by weight of Mg underflow. The liquid-solid separation was carried out at 5% solids in the pulp and made it possible to increase the purity of the hydrocyclone concentrate (underflow) with Mg recoveries in the underflow varying between 36 and 70% starting from the fine particles to the coarse ones. Magnetic separation made it possible to increase the purity of the settling concentrate (underflow) by extracting iron. This led to increasing recoveries of iron from 30 to 60% from coarse particles to fine ones. Si / Mg and Fe / Si ratios as a function of particle size for non-magnetic fractions (concentrates) were also examined in an attempt to estimate the residual iron present by intra-network substitution Fe-Mg and Fe- Si in non-magnetic concentrates. Keywords: Hydrocyclone, Decantation, Magnetic separation, Chrysotile, Lizardite, Antigorite.

Les serpentinites sont un composant important de la lithosphère océanique formée niveau de rides lentes à ultra-lentes. Ces roches représentant un vaste réservoir de l'eau, d’éléments mobiles dans les fluides (FME), halogènes et volatils, il a été proposé qu'elles jouent un rôle important pendant l'échange chimique se produisant entre la lithosphère subduite et le coin mantellique dans des zones de subduction. L’objectif de mon doctorat a été de caractériser la nature et la composition des fluides transférés depuis la plaque plongeante jusqu’au coin mantellique en étudiant des ophiolites alpines métamorphiques. Celles-ci se composent en grande partie de serpentinites et ont enregistré différentes conditions métamorphiques modélisant un gradient de subduction. Les études pétrologiques des ophiolites alpines montrent que celles-ci ont enregistré différentes étapes de serpentinisation et de déserpentinisation : (1) serpentinisation océanique et la formation d’assemblages à lizardite et à chrysotile ; (2) déstabilisation prograde de la serpentine océanique en antigorite, à la transition des faciès schistes verts – schistes bleus ; (3)déshydratation de l'antigorite en olivine secondaire dans les conditions du facies d'éclogite. Les analyses chimiques des éléments en trace par LA-ICPMS et constituants volatils et halogènes par SIMS prouvent que, pendant la subduction, les processus de serpentinisation se sont réalisés sans contamination significative par des fluides externes provenant de la déshydratation des sédiments. Dans la partie la superficielle de la lithosphère océanique, la déformation augmente la mobilité des éléments en trace et permet leur redistribution et l'homogénéisation de la composition d'antigorite à l'échelle kilométrique. Au contraire, dans la partie la plus profonde de la lithosphère serpentinisée, la mobilité des éléments en trace est réduite et localisée dans des veines métamorphiques qui constituent des chenaux de circulation des fluides. Les cristallisations successives de l'antigorite et de l'olivine secondaire sont accompagnés d'une diminution des concentrations en FME (B, Li, As, Sb, Ba, Rb, Cs…), halogènes (F, Cl) et volatils (S). La quantification de Fe3+/FeTotal, par chimie humide et spectroscopie XANES, des serpentinites et serpentines montrent que, dans les premières phases de subduction, la transition de lizardite en antigorite est accompagnée d'une réduction forte du fer. Cette réduction est non linéaire avec le degré métamorphique, mais dépend également de la chimie initiale du protolithe péridotitique. À un degré métamorphique plus élevée, le début du processus de déserpentinisation se produit dans un environnement ferreux, menant à une nouvelle oxydation de l'antigorite résiduelle. En conclusion, les serpentinites sont un vecteur de transfert d'éléments depuis la ride jusqu’aux zones de subduction. Pendant la subduction et pendant les changements de phases de la serpentine, les teneurs en FME, en éléments volatils et halogènes de la serpentine diminuent, suggérant que ces éléments sont soustraits dans une phase fluide qui peut potentiellement contaminer le coin mantellique. La nature de ce fluide varie au cours de la subduction. Dans les premiers kilomètres de la subduction, lors de la transition lizardite vers antigorite, les fluides relâchés sont riches en FME, volatils et halogènes. Ils pourraient oxyder le coin mantellique (e.g. SOX, H2O ou CO2) où ils initieraient la cristallisation d’une serpentine riche en ces éléments. A l’inverse, à plus grande profondeur, la déshydratation de l’antigorite libère une quantité moindre de FME, volatils et halogènes. De plus, l’observation d’antigorite riche en Fe3+ associée à l’olivine de déserpentinisation pourrait suggérer la production d’hydrogène lors de la déshydratation de la plaque plongeante. / Serpentinites are an important component of the oceanic lithosphere formed at (ultra-) slow spreading ridges. Because these rocks are a large reservoir of water, fluid mobile elements (FME), halogens and volatiles, it has been proposed that they play a major role during chemical exchange occurring between the subducted lithosphere and the mantle wedge in subduction zones. The aim of my PhD was to characterize the nature and the composition of the fluids transferred from the slab to the mantle wedge by studying metamorphic alpine ophiolites. Those ones are mostly composed of serpentinites and have recorded different metamorphic conditions modeling a subduction gradient. The petrological studies of alpine ophiolites demonstrate that they record different serpentinization and deserpentinization steps: (1) from oceanic serpentinization and the formation of lizardite and chrysotile assemblages, (2) to the prograde destabilization of oceanic serpentine into antigorite, from greenshist to blueschist facies, and (3) finally the dehydration of antigorite into secondary olivine at eclogite facies. The chemical analyses of trace elements by LA-ICPMS and volatiles and halogens by SIMS show that during subduction, the serpentinization processes took place in a relatively closed system without significant external fluid contamination from sediments. In the shallowest part of the oceanic lithosphere, the deformation enhances the mobility of trace elements and permits their redistribution and the homogenization of antigorite composition at kilometric scale. While in the deepest part, the trace element mobility is reduced and localized in metamorphic veins that correspond to channel fluid flows. The successive crystallization of antigorite and secondary olivine are accompanied by a decrease of FME (B, Li, As, Sb, Ba, Cs…), halogens (F, Cl) and volatiles (S) concentrations. The quantification of Fe3+/FeTot by wet chemistry and XANES spectroscopy in serpentinites and serpentine show that, in the first stages of subduction, the transition lizardite to antigorite is accompanied by a strong reduction of the iron. This reduction is nonlinear with metamorphic grade, but also depends on the initial chemistry of the peridotitic protolith. At higher metamorphic grade, the beginning of the deserpentinization process occurs in a ferrous environment, leading to a new oxidation of the remaining antigorite. To conclude, serpentinites are a vector of element transfer from the ridge to subduction zones. During subduction and during the phase changes of serpentine, the FME, volatile and halogen concentrations of serpentine decrease, suggesting that they are removed in a fluid phase that can potentially contaminate the mantle wedge. The composition and the nature of this fluid phase vary during prograde metamorphism. In the first stages of subduction, during the transition lizardite to antigorite, the released fluids are FME, volatiles and halogens rich. They could oxidize the mantle wedge peridotite (e.g. SOX, H2O or CO2) where they allow the crystallization of a FME, volatils and halogens-rich serpentine. At greater depth, the formation of a Fe3+-rich antigorite associated with secondary olivine suggests a H2 production during slab dehydration.

Les serpentinites sont les roches produites par l’hydratation de la péridotite au niveau du plancher océanique. L’antigorite est la phase de haute température et haute pression appartenant au groupe minéral des serpentines, pouvant contenir dans sa structure jusqu’à 13 wt% H2O, et permet ainsi le transfert de quantités considérables d’eau dans le manteau, à travers les processus de subduction. Sa déstabilisation est fonction du chemin thermique emprunté par la plaque plongeante. Durant cette thèse nous avons étudié deux cas de figure pour la déshydratation de l’antigorite menant soit à la libération des fluides dans le coin mantellique et à la production des magmas d’arc, soit au transfert de l’eau à plus grandes profondeurs).Dans un premier temps, des expériences de déshydratation d’antigorite naturelle ont été conduites sur la presse multi-enclumes à 3 GPa et entre 600 et 900°C. Les conditions oxydantes ou bien réductrices ont été contrôlées par le dispositif expérimental (four en graphite ou en chromite de lanthane). Cette étude a permis de caractériser les produits de déshydratation de l’antigorite dans un système chimique représentatif des systèmes naturels ainsi que de contraindre l’état redox des réactions associées. En effet, les résultats mis en avant par cette étude montrent une fO2 équivalente au tampon Quartz-Magnétite-Fayalite (QFM) +5. Un tel potentiel oxydant des fluides issus de la déshydratation de l’antigorite soutient l’hypothèse de l’oxydation de la source mantellique des magmas d’arcs, présentant des rapports Fe3+/Fetotal plus élevés que les basaltes de ride médio-océanique par exemple.Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux modalités de transfert de l’eau dans le manteau profond. L’antigorite naturelle a cette fois été déstabilisée à de plus fortes pressions allant de 6.5 à 10 GPa pour des températures comprises entre 500 et 850°C. Ces résultats expérimentaux, ainsi qu’une analyse géométrique des relations de phases dans le system FMASH selon la méthode de Shreinemaker, ont mis en avant des modifications dans le diagramme de phase pour un système ultramafique hydraté en comparaison des études précédentes. En effet, la phase A est communément décrite comme le produit de déstabilisation de l’antigorite à haute pression, tandis que la phase E n’apparait qu’à des profondeurs plus importantes. Nos résultats suggèrent, dans le système naturel enrichi en aluminium et en fer, une stabilité continue des phases hydratées, suivant la transition antigorite > phase E > phase A pour des températures inférieures à 750°C. Cette étude a également permis d’affiner les estimations des quantités d’eau pouvant être stockées dans les assemblages de minéraux hydratés stables dans la lithosphère plongeante (slab). Dans le cas des plaques plongeantes relativement froides (<750°C à 8-10 GPa) le transport de l’eau par le biais des « Dense Hydrous Magnesium Silicates » (DHMS) phase A et phase E soutient l’hypothèse de l’hydratation de la zone de transition dans le manteau. / From the Mid-Oceanic-Ridge to the subduction trench, hydration of peridotite minerals in the upper part of the oceanic lithosphere produces hydrous phases such as serpentine. Because of its high-water content (13 wt% H2O) this mineral family is of particular interest for water fluxes. Depending on the thermal path followed by the lithosphere while sinking into the mantle, antigorite destabilization can either lead to fluid release in the mantle wedge or water transfer to deeper levels. During this thesis we conducted experimental investigations of antigorite dehydration in the framework of these two scenarios.First, we investigated antigorite dehydration under conditions relevant to slab water release, known to trigger partial melting and to generate arc magmatism. Multi-anvil experiments were conducted on a natural serpentinite sample, at 3 GPa and between 600 and 900°C under different redox conditions. We were able to constrain phase assemblages produced by antigorite dehydration as well as the fO2 of such reactions to 5 units above the FMQ (Fayalite-Magnetite-Quartz buffer). These results support the oxidizing character of slab released fluids, that could explain the oxidized character of arc magmas compared to Mid-Oceanic-Ridge basalts or Oceanic-Island basalts.The second experimental work conducted during this thesis allowed to refine phase equilibria involving antigorite and the Dense Hydrous Magnesium Silicates (DHMS) phase A and phase E, in a realistic chemical composition for hydrated ultramafic system. Antigorite destabilization was performed between 6.5 and 10 GPa, for temperatures in the range <500-850°C. Our experimental results, together with a Shreinemaker’s analysis in the FMASH system led to establish a modified phase diagram compared to those presented in previous studies. While phase A has been described as the high-pressure product of antigorite breakdown in the literature, followed by phase E stability at higher pressure, we propose the transitionantigorite>phase E>phase A for the aluminous and iron-rich hydrated peridotite system. This study allowed the refinement of water budgets that can be stored in relatively cold slabs (<750°C at 8-10 GPa), supporting the hypothesis of water survival down to the transition zone.

L'évolution d'une zone de subduction est reliée aux transformations pétrologiques de la plaque plongeante et à leurs cinétiques. Plusieurs exemples illustrant cette relation ont été étudiés expérimentalement, à l'aide des techniques de HP-HT (presse large volume, cellule à enclumes de diamant chauffage laser) et de la diffraction de rayons X in situ source synchrotron. (i) La vitesse de transformation de la coésite vers son polymorphe de basse pression, le quartz, a été déterminée. Cette cinétique de rétromorphose permet de discuter les modalités de préservation de la coésite lors de son retour vers la surface, et par là les processus tectoniques à l'origine de l'exhumation des roches de ultra-haute pression. L'utilisation du taux de rétromorphose de coésites naturelles pour la modélisation des chemins P-T-t d'exhumation est discutée. (ii) La déstabilisation de l'antigorite (serpentine), dans des conditions de faible activité d'H2O, libère des fluides à une vitesse de 10-6 à 10-8 m3fluide.m-3roche.s-1. Ces taux de production de fluides seraient susceptibles d'occasionner une augmentation de la pression de fluides et une hydrofracture de la matrice rocheuse. La déshydratation de l'antigorite pourrait ainsi expliquer la séismicité du plan inférieur des zones à doubles plans de Bénioff. (iii) L'assemblage minéralogique d'un basalte de ride médio-océanique (MORB) dans le manteau inférieur est constitué majoritairement de Mg-pérovskite, Ca-pérovskite et stishovite. De 800 à 1150 km de profondeur, deux phases alumineuses sont présentes, l'une de structure calcium ferrite et l'autre nommée "new aluminum phase" (NAL), et représentent 20% pds de l'assemblage. A ~1200 km, la phase NAL disparaît alors que toutes les autres phases restent stables jusqu'à 1400 km au moins. De 800 à 1400 km, la densité de la croûte océanique à l'équilibre thermique est plus élevée que celle du manteau environnant. En outre, la disparition de la NAL conduit à un saut de densité de +1% qui pourrait être responsable de réflecteurs sismiques profonds observés dans les zones de subduction péri-Pacifique. (iv) Enfin, des investigations sur l'analyse chimique à l'échelle sub-micronique d'échantillons de pétrologie expérimentale par sonde ionique nanoSIMS sont présentées.

Ce mémoire présente une approche pluridisciplinaire (pétrologie, spectroscopie Raman et MET) de l'évolution des microstructures des serpentinites avec les conditions métamorphiques et la déformation afin de préciser leur comportement en contexte de convergence. Expérimentalement, les différentes variétés de serpentines se compriment de façon régulière jusqu'à 10 GPa à température ambiante. L'augmentation de pression est principalement ajustée par réduction de l'espace interfoliaire. Les liaisons hydrogène liant les feuillets ne sont pas renforcées avec la pression. L'analyse d'échantillons de serpentinites de HP-BT provenant de Cuba et des Alpes a confirmé que l'antigorite est la variété stable à haute pression. Les microstructures de ce minéral varient avec le degré métamorphique. Les antigorites de haut degré, au delà du faciès des schistes bleus, ne présentent pas le désordre polysomatique intracristallin qui caractérise les antigorites de bas degré. Une second étape de mise en ordre des microstructures est proposée sous les conditions éclogitiques par l'élimination des défauts microstructuraux. Mais les serpentinites étant très sensibles à toute déformation rétromorphique, cette mise en ordre n'a pu être observée que sous des conditions de préservation exceptionnelle (Cuba) et n'a pas été confirmée dans les échantillons alpins. Dans les serpentinite alpines, la déformation se manifeste à bas degré métamorphique (transition SV-SB) par des structures cassantes à l'échelle du cristal. Sous des conditions PT plus sévères, la déformation est accommodée principalement par des phénomènes de dissolution recristallisation qui semblent persister jusqu'aux stades éclogitiques. Les défauts plans observés dans les antigorites suggèrent aussi une contribution à la déformation par glissement des feuillets le long des plans (001).

Les serpentinites sont un composant important de la lithosphère océanique formée niveau de rides lentes à ultra-lentes. Ces roches représentant un vaste réservoir de l'eau, d'éléments mobiles dans les fluides (FME), halogènes et volatils, il a été proposé qu'elles jouent un rôle important pendant l'échange chimique se produisant entre la lithosphère subduite et le coin mantellique dans des zones de subduction. L'objectif de mon doctorat a été de caractériser la nature et la composition des fluides transférés depuis la plaque plongeante jusqu'au coin mantellique en étudiant des ophiolites alpines métamorphiques. Celles-ci se composent en grande partie de serpentinites et ont enregistré différentes conditions métamorphiques modélisant un gradient de subduction. Les études pétrologiques des ophiolites alpines montrent que celles-ci ont enregistré différentes étapes de serpentinisation et de déserpentinisation : (1) serpentinisation océanique et la formation d'assemblages à lizardite et à chrysotile ; (2) déstabilisation prograde de la serpentine océanique en antigorite, à la transition des faciès schistes verts - schistes bleus ; (3)déshydratation de l'antigorite en olivine secondaire dans les conditions du facies d'éclogite. Les analyses chimiques des éléments en trace par LA-ICPMS et constituants volatils et halogènes par SIMS prouvent que, pendant la subduction, les processus de serpentinisation se sont réalisés sans contamination significative par des fluides externes provenant de la déshydratation des sédiments. Dans la partie la superficielle de la lithosphère océanique, la déformation augmente la mobilité des éléments en trace et permet leur redistribution et l'homogénéisation de la composition d'antigorite à l'échelle kilométrique. Au contraire, dans la partie la plus profonde de la lithosphère serpentinisée, la mobilité des éléments en trace est réduite et localisée dans des veines métamorphiques qui constituent des chenaux de circulation des fluides. Les cristallisations successives de l'antigorite et de l'olivine secondaire sont accompagnés d'une diminution des concentrations en FME (B, Li, As, Sb, Ba, Rb, Cs...), halogènes (F, Cl) et volatils (S). La quantification de Fe3+/FeTotal, par chimie humide et spectroscopie XANES, des serpentinites et serpentines montrent que, dans les premières phases de subduction, la transition de lizardite en antigorite est accompagnée d'une réduction forte du fer. Cette réduction est non linéaire avec le degré métamorphique, mais dépend également de la chimie initiale du protolithe péridotitique. À un degré métamorphique plus élevée, le début du processus de déserpentinisation se produit dans un environnement ferreux, menant à une nouvelle oxydation de l'antigorite résiduelle. En conclusion, les serpentinites sont un vecteur de transfert d'éléments depuis la ride jusqu'aux zones de subduction. Pendant la subduction et pendant les changements de phases de la serpentine, les teneurs en FME, en éléments volatils et halogènes de la serpentine diminuent, suggérant que ces éléments sont soustraits dans une phase fluide qui peut potentiellement contaminer le coin mantellique. La nature de ce fluide varie au cours de la subduction. Dans les premiers kilomètres de la subduction, lors de la transition lizardite vers antigorite, les fluides relâchés sont riches en FME, volatils et halogènes. Ils pourraient oxyder le coin mantellique (e.g. SOX, H2O ou CO2) où ils initieraient la cristallisation d'une serpentine riche en ces éléments. A l'inverse, à plus grande profondeur, la déshydratation de l'antigorite libère une quantité moindre de FME, volatils et halogènes. De plus, l'observation d'antigorite riche en Fe3+ associée à l'olivine de déserpentinisation pourrait suggérer la production d'hydrogène lors de la déshydratation de la plaque plongeante.