Le but de cette thèse est de caractériser l'évoiution tectono-métamorphique d'un segment de croûte continentale drchéenne (> 2.5 Ga). L'objet étudié est le craton de Oharwar (Inde du Sud) qui présente, du Nord vers le Sud, une transition continue de niveaux structuraux de plus en plus profonds. Cette région n'est affectée par aucune déformation post-archéenne. Nous montrons que les champs de déformation mis en évidence résultent de l'interférence entre le développement d'instabilités gravitaires diapiriques et un raccourcissement régional. Toutes les structures d'échelle crustale résultantes (diapirs et décrochements) sont générées au cours d'un seul et même événement que nous avons daté aux environs de 2.5 Ga. Elles sont contemporaines (i) d'un épisode de formation de croûte continentale juvénile (batholite du Closepet), (ii) d'un métamorphisme régional parfois intense (migmatisation, granulitisation). La cartographie des champs de déformation nous permet d'infirmer la présence de structures chevauchantes ou d'un empilement caractéristique des zones de collision continentale modernes. L'étude pétrographique révèle que seules certaines zones diapiriques dont la * subsidence a été la plus rapide ont enregistré une évolution prograde avec une augmentation de pression de 3 à 7-8 kbar. De plus, ces régions montlent une hétérogénéité dans la composition de la phase fluide qui semble être associée à une différence de perméabilité induite par la nature et l'orientatiôn des textures des roches métamorphiques. En conclusion, la croûte continentale archéenne du craton de Dharwar ne montre pas de structure tectonique susceptible d'avoir généré un épaississement crusta: important. Sa déformation est due principalement à des forces de volume (diapirisme) et, dans une moindre mesure, à des forces de surface (décrochements). Le développement d'instabilités gravitaires diapiriques, parce qu'il affecte des volumes de croûte considérables et qu'il ne peut être rapporté à aucune évidence structurale d'épaississement crustal, constitue une particularité de la tectonique de l'Archéen.

Des panaches sont connus pour migrer à travers le manteau ductile et quasi-Newtonien ; alors que les dikes se fracturent et se propagent dans la lithosphère solide. Cependant, la lithosphère est en fait visco-élastique. Afin de déterminer ce qui se passe dans ce cas complexe, nous avons réalisé une étude expérimentale et numérique sur le développement de panaches thermiques dans des solutions aqueuses de Carbopol, un gel de polymères formant un réseau continu d'éponges microscopiques. Ce fluide est rhéofluidifiant et présente un seuil de contrainte σ₀, de sorte que l'écoulement ne se produit que si la contrainte locale dépasse cette valeur critique σ₀. En dessous de cette valeur, le fluide agit comme un solide élastique. Les propriétés rhéologiques des solutions peuvent être systématiquement ajustées en variant la concentration de Carbopol. Le dispositif consiste en une source locale de chaleur de puissance constante placée au centre d'une cuve cubique. Selon la valeur du rapport entre la contrainte d'origine thermique et la contrainte seuil, Y₀, on peut observer trois régimes différents. A faible Y₀.

Des panaches sont connus pour migrer à travers le manteau ductile et quasi-Newtonien ; alors que les dikes se fracturent et se propagent dans la lithosphère solide. Cependant, la lithosphère est en fait visco-élastique. Afin de déterminer ce qui se passe dans ce cas complexe, nous avons réalisé une étude expérimentale et numérique sur le développement de panaches thermiques dans des solutions aqueuses de Carbopol, un gel de polymères formant un réseau continu d'éponges microscopiques. Ce fluide est rhéofluidifiant et présente un seuil de contrainte σ₀, de sorte que l'écoulement ne se produit que si la contrainte locale dépasse cette valeur critique σ₀. En dessous de cette valeur, le fluide agit comme un solide élastique. Les propriétés rhéologiques des solutions peuvent être systématiquement ajustées en variant la concentration de Carbopol. Le dispositif consiste en une source locale de chaleur de puissance constante placée au centre d'une cuve cubique. Selon la valeur du rapport entre la contrainte d'origine thermique et la contrainte seuil, Y₀, on peut observer trois régimes différents. A faible Y₀<Yc₁, aucun mouvement n'est détecté ; tandis que pour Yc₁<Y₀<Yc₂ une cellule se développe, puis évolue vers un panache pour Y₀>Yc₂. Nous montrons que les paramètres critiques (Yc₁,Yc₂) dépendent fortement de la géométrie du chauffage. Des mesures simultanées de température et de champs de vitesse montrent que la morphologie du panache ressemble à un doigt, contrairement à la forme de champignon rencontrée dans les fluides newtoniens. Utilisant des simulations numériques avec une description purement visqueuse, où la rhéologie du fluide est décrite par un modèle de Herschel-Bulkley régularisé, sont suffisantes pour rendre compte de la dynamique du panache. Une étude détaillée des paramètres indiquent que la dynamique du panache est gouvernée par la compétition entre la contrainte seuil, la contrainte induite par la flottabilité et les contraintes visqueuses. Nous avons identifié deux paramètres adimensionnés : le paramètre seuil Ψ comparant la contrainte induite par la flottabilité et la contrainte seuil, et le nombre de Bingham Bi comparant la contrainte seuil et les contraintes visqueuses. Un panache ne peut s'élever que si les deux paramètres sont supercritiques, i.e. la contrainte induite par la flottabilité et les contraintes visqueuses sont plus importantes que la contrainte seuil. Par conséquent, le panache peut s'arrêter avant d'atteindre la surface. Des lois d'échelles dans le conduit du panache ont été déterminées pour la vitesse, la température et la taille de la région cisaillée en régime permanent. Elles décrivent raisonnablement le comportement du conduit bien que seul l'effet rhéofluidifiant soit pris en compte. L'application de ces paramètres adimensionnés à la Terre contraignent significativement la limite de plasticité du manteau et de la lithosphère. La contrainte seuil maximale qui permet à une instabilité thermique de pénétrer dans la lithosphère ou le manteau supérieur est entre 100 kPa et 100 MPa, et elle dépend fortement de la taille et de l'anomalie de densité de l'intrusion. / Plumes are known to migrate through the ductile quasi-Newtonian mantle, while dikes fracture and propagate through the solid lithosphere. However, depending on the timescale, the lithosphere presents solid as well as viscous properties. To determine what happens in the complex case, where instabilities propagate through a visco-elastic matrix, we performed a combined study of laboratory experiments and numerical simulations. Here we investigate the development of thermal plumes in aqueous solutions of Carbopol, a polymer gel, forming a continuous network of micrometric sponges. This fluid is shear thinning and has a yield-stress σ₀, whereby flow occurs only if the local stress exceeds this critical value σ₀. Below this value, the fluid acts as an elastic solid. The rheological properties of the solutions can be systematically varied by varying the Carbopol concentration. The setup consists of a localized heat-source operated at constant power, placed at the centre of a square tank. Depending on the ratio of the thermally induced stresses and the yield stress, Y₀, three different regimes may be obtained. For low Y₀<Yc₁ no motion occurs, whereas for Yc₁<Y₀<Yc₂ a cell develops, that evolves into a plume for Y₀>Yc₂. We show that the critical parameters (Yc₁,Yc₂) strongly depend on the geometry of the heating. Combined temperature and velocity field measurements show that the morphology of the plume resembles a finger, contrary to the mushroom-like shape encountered in Newtonian fluids. Numerical simulations using a purely viscous description, where the rheology of the fluid is described by a regularized Herschel-Bulkley model, are sufficient to capture the plume dynamics. A detailed parametric study shows that the plume dynamics are governed by the interplay between yield stress, buoyancy induced stress and viscous stresses. We identify two non-dimensional parameters: the yield parameter Ψ comparing the buoyancy induced stress to the yield stress, and the Bingham number Bi comparing the yield stress to the viscous stresses. We show that a plume can rise only if both parameters are supercritical, i.e. if buoyancy induced stress and viscous stresses each overcome the yield stress. Therefore the plume may come to a halt before it reaches the surface. We propose scaling laws for the plume stem velocity, temperature and the size of the shear zone in the steady state. We show that the scaling laws describe the behaviour in the plume stem reasonably well, if the yield stress is neglected and only the shear thinning behaviour is taken into account. Applying the non-dimensional parameters to Earth places severe constraints on the strength of mantle and lithosphere. The maximum strength that allows for thermal instabilities to penetrate the lithosphere or upper mantle is in between 100 kPa and 100 MPa, and strongly depends on the size and buoyancy of the anomaly.

Une étude structurale et cartographique (1/20000) montre que l'axe Nord-sud tunisien, dans sa partie centrale (chaînons du Sidi Khalif - Faïd - Bou-Zer) est constitué de trois ensembles juxtaposés: la bande frontale orientale, le chapelet des noyaux centraux, et l'enveloppe occidentale. La charpente ante alpine de ces trois unités est constituée de blocs basculés limités par des failles transverses aux chaînons et répartis en trois générations : Les deux premières générations procèdent d'une distension générale subméridienne (Jurassique à Coniacien) relayée ou masquée momentanément (Tithonique à Aptien) et localement par une distension E-W. On attribue la distension subméridienne à l'effondrement de la paléomarge saharienne et la distension E-W à l'activité d'un axe diapirique préfigurant l'actuel axe Nord-Sud. A partir du Santonien, une troisième génération de blocs basculés témoigne d'une distension régionale NE-SW. les blocs basculés et leurs enveloppes successives, ainsi que toutes les failles qui leur sont associées (regroupées en trois grandes familles N 170 et N 20, N 45 et N 120, N 80) ont par la suite enregistré les effets de plusieurs phases compressives: - la première (fin Eocène-Oligocène), de direction globalement E-W, donne naissance à un vase demi anticlinal coffré subméridien, ouvert et chevauchant vers l'Est des séries peu épaisses, elles-mêmes plissées et écaillées. - Plusieurs phases de directions N 115-120 se succèdent ensuite du Miocène au Quaternaire ancien. Elles reprennent les structures préexistantes et les orientent localement dans la direction SW-NE - la dernière, subactuelle, de direction N-S, déforme les plis antérieurs en plis coniques et remobilise tous les accidents cassants. Enfin, à l'extrémité méridionale de ce segment de l'axe Nord-Sud, le diapir du Rhéouis occupe le centre d'un noeud tectonique situé à l'intersection de trois linéaments du socle tunisien.

Le Haut-Atlas central est un bassin salifère structuré autour d’étroites rides diapiriques (i.e. salt walls) orientées ENE-OSO qui bordent de larges mini-bassins. L’impact de la compression cénozoïque étant relativement limitée, les structures diapiriques y sont particulièrement bien préservées. L’objectif de la thèse est d’analyser les relations entre la sédimentation et la croissance des rides diapiriques dans le cadre imposé par l’évolution du système sédimentaire, durant le Jurassique inférieur et moyen, dans la région d’Imilchil, au cœur du haut-Atlas central. Le Lias-Dogger enregistre le comblement du bassin atlasique à travers six séquences de transgression-régression de troisième ordre. Cette grande tendance régressive se manifeste par la succession de trois systèmes de dépôts. Un système carbonaté, du Toarcien au Bajocien supérieur, dont l’éventail de faciès oscille entre la rampe moyenne et la rampe externe distale. Au Bajocien supérieur l’apport de sédiments terrigènes dans le bassin provoque la disparition du système carbonaté qui est recouvert par une épaisse série sédimentaire mixte peu profonde. Ce système mixte perdure jusqu’au Bathonien inférieur puis il est progressivement remplacé par un système fluviatile silico-clastique. Les relations entre les mouvements diapiriques et la sédimentation peuvent être mises en évidence par une modification de la géométrie des dépôts, par des variations de faciès aux abords des diapirs, et/ou par des événements sédimentaires particuliers (surfaces d’érosion, brèches, niveau condensé). L’analyse de ces interactions en fonction des séquences de transgression-régression permet de définir une chronologie de l’activité diapirique. Elle est continue pendant le Jurassique inférieur et moyen mais connait une évolution polyphasée comprenant deux périodes d’activité majeure, du Toarcien à l’Aalénien terminal et du Bajocien supérieur jusqu’à ce que les diapirs soient scellés au Bathonien supérieur-Callovien inférieur. Ces deux périodes encadrent un épisode de plus faible intensité pendant la progradation et le développement de la rampe carbonatée bajocienne. Les interactions entre diapirisme et sédimentation sont synthétisées dans un modèle empirique à travers quatre types de prismes de dépôts, définis selon des critères géométriques et sédimentologiques, et qui rendent compte de la configuration du système sédimentaire, ainsi que de la position du diapir et de sa couverture au moment du dépôt : A plus grande échelle l’influence du développement des mini-bassins sur la sédimentation s’exprime par une distribution préférentielle des faciès sédimentaire dans les systèmes de dépôt carbonaté et mixte. Les faciès proximaux, et en particulier les faciès granulaires de haute énergie, se regroupent autour des rides diapiriques tandis que les faciès distaux de basse énergie se concentrent dans l’axe des mini-bassins. / The High-Atlas salt basin is formed by a set of ENE-WSW-trending and 15-to-80-kilometers-long narrow diapiric ridges (i.e. salt walls) bounding large mini-basins mildly deformed during Cenozoic shortening. The aim of this thesis is to analyze the relationships between sedimentation and diapiric growth during the Lower and Middle Jurassic in the Imilchil region (Central High-Atlas). In this area, the Lias and Dogger series form a large regressive trend composed by six third-order transgression-regression (T/R) sequences and characterized by the succession of three sedimentary systems. A carbonate system develop from Toarcian to Upper Bajocian, with a facies range from middle ramp to distal outer ramp. From Upper Bajocian, a terrigenous supply in the basin causes the end of the carbonate system and leads to the deposition of a thick shallow mixed unit. From Lower Bathonian, this mixed sedimentary system is gradually replaced by an alluvial silici-clastic system. Relationships between diapiric movements and sedimentation are interpreted from depositional geometries, facies variations in the vicinity of diapirs and/or particular sedimentary events (erosional surfaces, breccia, condensed levels). The analysis of these interactions, based on T/R sequences, enables to define a chronology of the diapiric activity in the Imilchil area. The activity is continuous during the Lower and Middle Jurassic but shows a non-linear development with two phases of high-intensity, one from Toarcian to Uppermost Aalenian, and one from Upper Bajocian. These two phases surround a period of low-intensity during the progradation and the development of the bajocian carbonate ramp system. Interactions between diapirism and sedimentation are summarized in an empirical model consisting of four types of depositional prisms defined by geometrical and sedimentological criteria. On a larger scale, the impact of the mini-basin on the sedimentation is characterized by a specific facies distribution in the carbonate and mixed depositional system. The high-energy granular facies are concentrated around the diapiric structures and the distal low-energy facies are deposited in the axis of the mini-basins.