L’enregistrement géologique de l’Hadéen et de l’Eoarcheén étant limité, la composition et l’évolution de la Terre silicatée au cours de ces périodes reste très débattue et peu connue. La première évidence d’un événement de différenciation précoce du manteau provient de l’étude du système éteint 146Sm-142Nd. En effet, les excès en 142Nd détectés dans les échantillons âgés de 3.7 milliard d’années (Ga) d’Isua (Sud-Ouest du Groenland) par rapport aux échantillons modernes, impliquent que leur source fût appauvrie en éléments incompatibles et formée durant l’Hadéen. Dans cette thèse nous avons étudié les systèmes isotopiques 146Sm-142Nd, 147Sm–143Nd et 176Lu–176Hf d’une collection d’échantillons mantelliques âgés de 3.8 Ga, 3.7 Ga, 3.4 Ga et 3.3 Ga et provenant de différentes unités géologiques de la région d’Isua. Cette collection d’échantillons couvre ~500 millions d’années de l’histoire précoce terrestre et a permis d’apporter des informations précieuses sur l’évolution de la composition et la dynamique du manteau au début de l’histoire de la Terre. Nous avons démontré un découplage des systèmes isotopiques de longue-vie Sm-Nd et Lu-Hf dans la source des roches âgées de 3.7 Ga, alors que ces deux systèmes sont généralement couplés lors des processus magmatiques de basse pression. Pour expliquer ce découplage, nous proposons que la source des laves d’Isua avait une origine profonde (manteau inférieur). Nous avons également confirmé les excès en 142Nd dans ces échantillons, ce qui implique que leur source a été appauvrie en éléments incompatibles dans les premiers 100 Ma de l’histoire de la Terre. L’évènement responsable de la différenciation du réservoir appauvri aurait également formé un réservoir complémentaire enrichi, enregistré dans les roches de 3.4 Ga. Cependant, les échantillons de 3.3 Ga ne montrent pas d’anomalies en 142Nd par rapport aux standards terrestres. Ceci suggère que les hétérogénéités chimiques hadéennes aient résisté au mélange convectif pendant plus de 1 Ga, puis qu’elles aient disparu et soient remélangées au reste du manteau à 3.3 Ga. Le mélange à 3.3 Ga pourrait aussi s’expliquer par les processus de subduction initiées par la tectonique de plaques récemment proposée comme ayant démarrée autour de 3.2 Ga. / The composition and the evolution of the silicate Earth during the Hadean-Eoarchean is widely debated and largely unknown due to the limited geological record. The first undisputable evidence for a very early differentiation of the mantle came from the extinct 146Sm-142Nd chronometer. The 142Nd excesses measured in 3.7 billion year (Ga) old rocks from Isua (Southwest Greenland) relative to modern terrestrial samples imply their derivation from a depleted mantle formed in the Hadean. We have studied 146,147Sm–142,143Nd and 176Lu–176Hf isotope systematics in 3.8 Ga, 3.7 Ga, 3.4 Ga and 3.3 Ga mantle-derived samples from different tectonic domains of the Isua region. This dataset covers ~ 500 million years of the early history of the Earth and revealed precious information about the compositional evolution and dynamics of the early Earth mantle. Combined Lu-Hf and Sm-Nd of the 3.7 Ga Isua samples revealed that these isotopic systematics were decoupled, suggesting a deep-seated source for the Isua lavas. We have further expanded the dataset and confirmed the 142Nd excesses in these rocks, implying that their source was depleted and differentiated during the first 100 Ma of Earth’s history. The differentiation event that created this early-depleted reservoir had to also form a complementary enriched component. We have found the first evidence for this reservoir recorded in the 3.4 Ga samples that yielded negative 142Nd anomalies. However, the 3.3 Ga analyzed samples showed no resolvable 142Nd anomalies compared to terrestrial Nd standards. This suggests that the Hadean heterogeneities were likely isolated for more than 1 Ga before being completely rehomogeneized by 3.3 Ga. The remixing by 3.3 Ga could have been achieved by subduction processes due to the onset of modern plate tectonics at ~3.2 Ga, as proposed by other recent studies.

L'enregistrement géologique de l'Hadéen et de l'Eoarcheén étant limité, la composition et l'évolution de la Terre silicatée au cours de ces périodes reste très débattue et peu connue. La première évidence d'un événement de différenciation précoce du manteau provient de l'étude du système éteint 146Sm-142Nd. En effet, les excès en 142Nd détectés dans les échantillons âgés de 3.7 milliard d'années (Ga) d'Isua (Sud-Ouest du Groenland) par rapport aux échantillons modernes, impliquent que leur source fût appauvrie en éléments incompatibles et formée durant l'Hadéen. Dans cette thèse nous avons étudié les systèmes isotopiques 146Sm-142Nd, 147Sm-143Nd et 176Lu-176Hf d'une collection d'échantillons mantelliques âgés de 3.8 Ga, 3.7 Ga, 3.4 Ga et 3.3 Ga et provenant de différentes unités géologiques de la région d'Isua. Cette collection d'échantillons couvre ~500 millions d'années de l'histoire précoce terrestre et a permis d'apporter des informations précieuses sur l'évolution de la composition et la dynamique du manteau au début de l'histoire de la Terre. Nous avons démontré un découplage des systèmes isotopiques de longue-vie Sm-Nd et Lu-Hf dans la source des roches âgées de 3.7 Ga, alors que ces deux systèmes sont généralement couplés lors des processus magmatiques de basse pression. Pour expliquer ce découplage, nous proposons que la source des laves d'Isua avait une origine profonde (manteau inférieur). Nous avons également confirmé les excès en 142Nd dans ces échantillons, ce qui implique que leur source a été appauvrie en éléments incompatibles dans les premiers 100 Ma de l'histoire de la Terre. L'évènement responsable de la différenciation du réservoir appauvri aurait également formé un réservoir complémentaire enrichi, enregistré dans les roches de 3.4 Ga. Cependant, les échantillons de 3.3 Ga ne montrent pas d'anomalies en 142Nd par rapport aux standards terrestres. Ceci suggère que les hétérogénéités chimiques hadéennes aient résisté au mélange convectif pendant plus de 1 Ga, puis qu'elles aient disparu et soient remélangées au reste du manteau à 3.3 Ga. Le mélange à 3.3 Ga pourrait aussi s'expliquer par les processus de subduction initiées par la tectonique de plaques récemment proposée comme ayant démarrée autour de 3.2 Ga.

Le refroidissement seculaire du manteau terrestre et de la lithosphere continentale se traduit par l'augmentation de la surface de terres emergees. L'augmentation corollaire des processus d'alteration et d'erosion des silicates a des consequences majeures pour les enveloppes externes. Nous avons developpe un modele physique qui permet d'evaluer la surface de terres emergees en fonction de la temperature du manteau, de la surface totale de continents, et de la distribution des altitudes continentales. Nos resultats numeriques montrent qu'a la fin de l'Archeen, moinsde 15% de la surface terrestre etaient emergee, en accord avec nombre d'observations geologiques et geochimiques. Pour estimer le refroidissement seculaire de la lithosphere continentale, nous avons combine des modeles thermo-mecaniques avec des observations de terrain. Nos resultats, contraints par des donnees geologiques, suggerent que la temperature au Moho a diminue de ~ 200ºC en 2,7 Ga dans le craton des Pilbaras. Pour evaluer l'effet de la croissance continentale sur l'evolution de la surface de terres emergees, nous avons developpe un modele base sur un modele d'evolution thermique publie. Nos resultats suggerent que la surface emergee, de moins de 5% de la surface terrestre a l'Archeen, depend peu de la croissance continentale. Ceci permet de reconcilier l'evolution du 87Sr/86Sr oceanique avec une croissance continentale precoce. Les continents sont enrichis en phosphate, element essentiel a la biosphere. Leur emergence aurait donc engendre une augmentation de la production d'oxygene par des micro-organismes photosynthetiques, contribuant ainsi a l'oxydation de l'atmosphere il y a 2,4 Ga.

Le complexe mafique–ultramafique lité Yacouba est intrusif au sein des granulites gneissiques du domaine archéen de Man (3,6-2,78 Ga) dans la région de Biankouma-Sipilou (ouest de la Côte d'Ivoire). Dans le secteur de Samapleu, il est composé de trois entités ; dépôt principal de Samapleu (SM), l’Extension 1 de Samapleu (E1) et l’occurrence de Yorodougou (Yo). Il comprend des horizons de webstérites, péridotites, chromitites, norites, gabbro-norites. Ces horizons (épaisseur cumulée de 80 à 200 m) sont inclinés de 70 à 80° vers le SE ; présentent une zonation concentrique, qui sont autant de caractéristiques d’un dyke ; un enracinement à plus de 600 m à partir de la surface avec une jonction des intrusions (SM, E1) plus en profondeur. Les contacts avec l’encaissant gneissique (localement site E1) sont marqués par une zone hybride (condition P = 7,5±1Kbar et T = 850°C ± 100°C) interprétées comme le résultat d'un métamorphisme de contact lors de la mise en place de l’intrusion en base de croûte à environ 22 km de profondeur. Les gneiss et granulites du socle, tout comme les faciès de la zone hybride, préservent des âges archéens (~2,78 Ga, U-Pb sur zircon). Des cristaux de rutile observés dans la zone hybride révèlent un âge U-Pb de 2,09 Ga interprété comme l'âge du métamorphisme de contact et donc de la mise en place de l'intrusion.La minéralisation en Ni-Cu (essentiellement disséminée avec des veines sulfurées subverticales semi-massives à massives) est composée de pentlandite, chalcopyrite, pyrrhotite, rarement pyrite. La texture des sulfures varie de matricielle, en filets, en gouttelettes, ou brèchique. Les réserves estimées des dépôts de Samapleu (SM et E1) font plus de 40 millions de tonnes à une teneur moyenne de 0,25% Ni et 0,22% Cu dans la partie supérieure des intrusions (Sama Nickel-CI, Août 2013). Des MGP riches en palladium (Pd) sont associés aux sulfures et plusieurs bandelettes de chromite sont également présentes. Ces observations suggèrent un liquide sulfuré immiscible formé à partir du liquide silicaté initial consécutivement à la saturation en soufre du système. Ces sulfures d’origine essentiellement mantellique ont été probablement formés par injection de plusieurs magmas. Cependant une partie de ces sulfures aurait pu se former par l’assimilation des roches granulitiques encaissantes.La composition du liquide parent révèle une composition de basalte à forte teneur en MgO et faible teneur en Ti et suggère que les intrusions de Samapleu se sont formées par fusion du manteau supérieur sous l’influence d'un panache mantellique. Ainsi, lors de leurs remontées, le magma a assimilé les roches granulites encaissantes environnantes. / The Yacouba layered complex intrudes the archean (3.6-2.78 Ga) Man field in the Biankouma-Sipilou area, western Ivory Coast. In Samapleu area, the complex is composed of three entities; Samapleu Main (SM); Samapleu Extension 1 (E1) and Yorodougou (Yo). It includes websterites, peridotites, chromitites, norites, gabbro-norites horizons. These horizons (total thickness of 80 to 200 m) inclined at 70-80° to the SE; arranged symmetrically with mafic layers at the center and ultramafic layers at both margins, are features of a dyke ; show a root more than 600 m from the surface with a junction intrusion (SM, E1) in more depth.At the E1 site, contacts of intrusions with the country rock gneiss are characterized by a hybrid zone (condition P = 7.5±1Kbar and T = 850°C ± 100°C) attributed to contact metamorphism during intrusion of the complex in the lower crust at a depth of about 22 km. Zircons in country rock gneisses and granulites, as well as in the hybrid facies, yield archean ages of ~ 2.78 Ga. Rutiles in the hybrid zone give a U-Pb age of 2.09 Ga, which is interpreted as the age of contact metamorphism and emplacement of the intrusion.The Ni-Cu mineralization (disseminated mainly with subvertical and semi-massive to massive sulfide veins) is composed of pentlandite, chalcopyrite, pyrrhotite and rare pyrite. The SM and E1 sites contain Ni and Cu sulfide deposit with reserves estimated as more than 40 million tons grading 0.25% Ni and 0.22% Cu in the upper portion (Sama Nickel-CI, August 2013). The sulfide textures range from matrix ore, net-textured, droplets or breccia textures. Zones enriched in PGM, particularly Pd, are associated with the sulfides and several chromite bands are also present. These observations suggest that an immiscible sulfide liquid formed from a parental silicate liquid and percolated through the crystal pile. These sulfides mainly mantle origin were probably formed by injecting several magmas. However few of these sulfides may have formed by the assimilation of country rocks.The parental melt composition has a basalt rich MgO and low Ti and suggest Samapleu intrusions were formed by melting of the upper mantle under the influence of a mantle plume. Thus, during its ascent, magma has assimilated the granulites country rocks.