Les processus pétrologiques profonds, qui précèdent ou accompagnent la décompression du manteau sous les dorsales océaniques, tendent à être oblitérés par la fusion partielle. Les régions de dorsales à vitesse d'expansion très lente et/ou anormalement froides exposent des domaines mantelliques qui ont subi un degré de fusion extrêmement faible et donc permettent d'accéder à ces processus. La zone de fracture de Andrew Bain, située à la limite des plaques Africaine et Antarctique, en est un exemple remarquable. Son massif d'intersection avec la dorsale sud-ouest indienne a été exploré au cours de l'expédition océanographique italo-russe S23-AB06. Les échantillons qui ont été prélevés sont principalement des péridotites mantelliques à spinelle ± plagioclase, contenant des plages et des veinules enrichies en pyroxènes ± plagioclase, et montrant des textures de réquilibrages minéralogiques. Les concentrations en éléments majeurs et en traces des pyroxènes, mesurés in situ par EMPA et LA-ICP-MS, montrent une grande variabilité de compositions, identique à toutes les échelles, du massif à la lame mince. La modélisation des compositions des pyroxènes des péridotites indique (1) une cristallisation à partir de liquides de fusion de lithologies enrichies en éléments incompatibles, générés dans un large intervalle de pression débutant dans le faciès à grenat, (2) un rééquilibrage progressif à des conditions de P-T décroissantes, par interaction péridotite - liquide et diffusion à l'état solide. Le modèle est celui d'une refertilisation d'un manteau lithosphérique épais, similaire à celui qui caractérise les domaines de transition continent-océan. / Andrew Bain Fracture Zone represents one of the largest transform faults in the ridge system. Located on the South West Indian Ridge, it constitutes part of the plate margin between Africa and Antarctica. In this area, the lithosphere is thick and mainly constituted by ultramafic rocks; the system is characterized by a negative thermal anomaly. During the Italian-Russian expedition S23-AB06, the seafloor in the Southern Ridge Transform Intersection has been sampled and almost only ultramafic material has been recovered. The sampled spinel and plagioclase peridotites show hybrid textures and are characterized by deep spinel-field impregnation assemblages and by plagioclase-field equilibrated patches and mineral trails marked by crystallization of newly formed plagioclase-field equilibrated trails and formation of plagioclase coronas around pristine spinel. Major and trace element data composition have been collected. Both spinel- and plagioclase-peridotite pyroxenes and spinels follow a main melting trend accompanied by a progressive re-equilibration to lower P/T facies. Thin section-scale variability matches inter-site compositional variability. Progressive re-equilibration to lower P/T conditions can be accounted for by the presence of percolating melts and solid diffusion. Major and trace element shows that percolating melts are generated over a wide pressure range and modeling suggests melting started in garnet stability field but stopped early due to the lithospheric cooling. Thus, this mantle seems to be a thermically “normal” mantle cooled down from above by the anomalous thickness of the old lithosphere, similar to those characterizing continent-ocean transition.

De nouvelles données structurales dans l'ouest de la Cordillère Bétique (Espagne) ont permis d'identifier deux couloirs décrochants, qui ont accommodés le mouvement progressif vers l'ouest du domaine Alboran, et les modes de déformations dans la croûte et le manteau (péridotites de Ronda) durant une phase d'amincissement lithosphérique intense. De nouvelles données géochronologiques précisent l'âge des stades de l'évolution tectonique de l'arc de Gibraltar : 'exhumation du manteau avant 22.5 Ma et le chevauchement vers l'ouest à partir de 20 Ma / The thesis focuses on the Western Betics, which is characterized by two major thrusts: 1/ the Internal/External Zone Boundary limits the internal metamorphic domain (Alboran Domain) from the fold-and-thrust belts inthe External Zone, and 2/ the Ronda Peridotites Thrust allows the juxtaposition of a hyperstretched lithosphere with large bodies of sub-continental mantle rocks on top of upper crustal rocks. First part: New structural data are presented and used to argue for two Lower Miocene E-W-trending strike-slip corridors played a major role in the deformation pattern of the Alboran Domain, in which E-W dextral strike-slip faults, N60°-trending thrusts and N140°-trending normal faults developed simultaneously during dextral strike-slip simple shear. The inferred continuous westward translation of the Alboran Domain is accommodated by a major E-W-trending lateral ramp (strike-slip) and a N60°-trending frontal thrust. At lithosphere-scale, we interpret the observed deformation pattern as the upper-plate expression of a lateral slab tear and of its westward propagation since Lower Miocene. The crustal emplacement of the Ronda Peridotites occurred at the onset of this westward motion. Second part: New structural data together with Ar-Ar ages serve to document the changes in deformation processes that accommodate the progressive necking of a continental lithosphere. We identify three main successive steps. First, a mid-crustal shear zone and a crust-mantle shear zone accommodate ductile crust thinning and ascent of the sub-continental mantle. The shear zones act synchronously but with opposite senses of shear, top-to-W and top-to-E respectively in the crust-mantle extensional shear zone, and at the brittle-ductiletransition in the crust. Second, hyper-stretching localizes in the neck, leading to an almost disappearance of the ductile crust and to crustal stretching values larger than 2000%, and bringing the upper crust into contact with the subcontinental mantle, each of them with theiralready acquired opposite senses of shear. Finally, high-angle normal faulting, dated by 40Ar-39Ar step-heating method on muscovite at ca. 21 Ma, cut through the Moho, where the ductile crust almost disappear and related block tilting ends the full exhumation of mantle in the zone of localized stretching. Third part: New geochronological data precisely constrain the transition from rifting to thrusting. Using U-Pb LA-ICP-MS dating, we identify two distinct episodes of crustal melting associated with two large-scale tectonic contacts that bound the Ronda Peridotites. The first episode of partial melting within the HT foliation at ca. 22.5 Ma is related to the extreme thinning of the continental crust and to mantle exhumation. The second episode of crustal melting at ca. 20 Ma, marked by leucocratic granite dikes, is related to the thrust emplacement of the section of thinned and hot continental lithosphere on top of crustal rocks.

. 21 ont des teneurs en Os > 1 ppb et des rapports 187Re/188Os < 3. Leurs TRD ERUPT varient de 0.7 à 2.3 Ga (moyenne 1.7 Ga). Les analyses isotopiques du Re/Os de 9 péridotites résiduelles (0.1-1.2% Al2O3) donnent des âges TRD ERUPT variant de 1.4 à 2.3 Ga (maximum de probabilité 2.1 Ga) Les cratons sont de vastes portions de lithosphère continentale formés d’une croûte continentale type TTG et d’un manteau lithosphérique épaissi (>200km), froid (40 mW/m²) et composé majoritairement par des péridotites fortement réfractaires (Mg#WR>0.92, Al2O3-CaO <1%), échantillonnées sous forme de xénolites lors des éruptions kimberlitiques. Il est admis que les péridotites cratoniques ont été formées par de hauts degrés de fusion partielle, cependant, les fortes teneurs en SiO2 de certaines xénolites impliquent des mécanismes de fusion très particuliers. De plus, les fortes teneurs en FeO, TiO2, REE, en cpx et en grenats d’un grand nombre d’échantillons ne sont pas cohérentes avec une origine résiduelle. En effet la majorité des péridotites cratoniques a subi des transformations qui masquent actuellement leur composition initiale. C’est pourquoi les conditions de la fusion et les processus post-formation qui affectent le manteau cratonique demeurent très mal contraints. Udachnaya est la seule kimberlite du craton Sibérien qui fournit des xénolites de péridotite de tailles suffisantes pour les études géochimiques et isotopiques (>>100g). Cette thèse se base sur une grande collection de xénolites de péridotites (>50) particulièrement fraîches i.e. les olivines et les autres minéraux sont préservés de l’altération et les pertes au feu des roches totales (LOI) sont <2%. Les péridotites sont des harzburgites et des lherzolites, généralement pauvres en cpx (<6%) du faciès à spinelle et à grenat, avec des microstructures aussi bien grenues que déformées. Cette collection est représentative de l’ensemble du profil lithosphérique (du Moho jusqu’à 220km). La majorité des péridotites à spinelle est pauvre en opx (<20%). Les péridotites riches en silice sont moins courantes dans le manteau cratonique sibérien que ce que l’étude de Boyd et al. (1997) a montré. Seul ¼ des péridotites à spinelle de notre collection a des compositions en opx >30%. Les péridotites à spinelle, pauvres en opx ont des compositions en éléments majeurs proches d’un résidu de fusion. Contrairement aux autres études, leurs compositions en Al2O3, FeO et Mg#WR définissent des trends qui, comparés aux études expérimentales, indiquent une origine par 38% d’une fusion fractionnée par décompression entre 7-4 GPa et ≤1–2 GPa ; ce qui est en accord avec les modélisations des éléments en trace. L’origine des péridotites riches en silice est incertaine, et l’hypothèse d’une interaction avec des liquides de subduction est peu probable : leurs compositions en SiO2 et FeO diffèrent des péridotites d’arc, et leur δ18OWR ~5.3 ± 0.2‰ est proche de la valeur référence pour le manteau (5.5‰). 1/3 des péridotites à grenat grenues a des compositions similaires aux péridotites à spinelle et indiquent donc des conditions de formation similaires. Le grenat, dans la majorité de ces péridotites, est d’origine résiduelle, contrairement au cpx qui lui est clairement d’origine métasomatique. La majorité des péridotites à grenat forme des séquences d’enrichissement en FeO, TiO2 et REE par rapport aux péridotites résiduelles. Cela traduit un métasomatisme modal (précipitation de cpx et de grenat), et ce par interaction entre le protolite des péridotites avec un magma riche en Si, Al, Fe (Ti, REE). Les cpx sont en équilibre avec un liquide de composition kimberlitique. Les kimberlites sont des magmas pauvres en Si, Al, Fe et ne peuvent pas être responsables du métasomatisme modal, mais un magma parent peut avoir interagi avec la roche peu de temps avant l’éruption. 28 péridotites ont été analysées pour obtenir leur composition isotopique Re/Os et leur composition en PGE / English abstract not supplied by the author. Résumé en anglais non fourni par l'auteur.

La localisation de la déformation est une caractéristique nécessaire de la tectonique. Pour localiser la déformation, une roche doit subir un affaiblissement. Le processus affaiblissant principal des roches est l'interconnexion de phases faibles. Dans le cas de la croûte continentale, les phases faibles étant le plus souvent responsables de la localisation sont les micas et les liquides silicatés résultant de la fusion partielle. Bien qu'il existe des études expérimentales sur la rhéologie des micas, il y a très peu d'études sur l'impact des micas sur la localisation dans les conditions de la croûte continentale inférieure. De même, les précédentes études expérimentales montrent l'effet de la fusion partielle sur la résistance des roches mais elles utilisent toutes un matériel de départ isotrope. Or la croûte subissant la fusion partielle dans les orogènes est susceptible d'être préalablement déformée et donc anisotrope. Dans le but d'apporter de nouvelles données sur le comportement mécanique et les microstructures de la croûte continentale anisotrope, ainsi que sur l'effet des micas sur la localisation de la déformation, cette thèse propose de réaliser une série d’expériences en presse de Griggs. Cette approche expérimentale est aussi couplée à un travail de terrain sur la zone de faille de Møre og Trøndelag (Norvège). Cette structure étant un zone de cisaillement d'échelle crustale dont la cinématique est partiellement synchrone de la fusion partielle, elle est adaptée à l'étude naturelle des relations entre fusion partielle et déformation. / Strain localization is a necessary feature of tectonic. To be able to localize deformation, rocks must undergo weakening. The main weakening process is weak phase interconnection. For continental crust, weak phases that are the most often responsible of strain localization are micas and melt. Although previous experimental studies exist about rheological properties of micas, none are about the effect of micas on the strain localization in the lower continental crust conditions. Previous experimental studies about the effect of partial melting were always done with isotropic starting material. But continental crust which undergo partial melting is very likely to be deformed before melting and therefore to be highly anisotropic. In the aim to bring new data about mechanical behavior and microstructures of anisotropic continental crust, as well as the effect of micas on strain localization, this thesis propose to conduct a series of experiments in a Griggs apparatus. This experimental approach is also coupled with field work on the Møre og Trøndelag Fault Zone (Norway). This crustal scale shear zone was partially synchronous with partial melting and therefore is well suited for studying relation ship between deformation and partial melting

On propose traditionnellement que les panaches mantelliques jouent un rôle important dans l'amincissement de la lithosphère. Des données sismologiques sous Hawaïi et Cape Verde suggèrent une limite lithosphère-asthénosphère (LAB) jusqu'à 50 km plus superficielle qu'autour. Des modèles numériques ont montré, en effet, qu'une convection à petite échelle (SSC, pour small-scale convection) dans la couche à faible viscosité formée à la base de la lithosphère par l'accumulation de la matière des panaches peut être un mécanisme efficace d'érosion du manteau lithosphérique. Cependant, ces modèles montrent que, si la plaque se déplace, l'érosion thermo-mécanique de la lithosphère ne dépasse pas 30 km. Afin de mieux étudier les interactions panache/lithosphère, et d'ainsi caractériser les paramètres contrôlant cette érosion, nous avons effectué des simulations numériques en 2D qui utilisent un modèle pétro-thermomécanique basé sur des approches en différences finies associées à des marqueurs actifs. Nous avons focalisé sur : (1) la dynamique de la SSC dans la couche à faible viscosité formée par étalement du panache à la base de la lithosphère et (2) l'effet de la fusion partielle sur cette dynamique. La plaque lithosphérique et le manteau sous-jacent sont caractérisés par une composition péridotitique homogène à viscosité newtonienne dépendante de la température et de la pression. Une vitesse constante, comprise entre 5 et 12,5 cm/an, est imposée au sommet de la plaque. Les panaches sont créés en imposant une anomalie thermique de 150 à 350 K en base du modèle (700 km de profondeur). La fusion partielle est calculée à partir d'un paramétrization des solidus et liquidus pour la fusion anhydre des péridotites. Nous modélisons la déplétion de la péridotite et son effet sur la fusion partielle en supposant que le degré de fusion ne peut qu'augmenter au cours du temps. Le liquide est accumulé jusqu'à un seuil et la masse fondue en excès est extraite instantanément. La rhéologie de la péridotite partiellement fondue est déterminée utilisant une constitutive relation basée sur un modèle de contiguïté, qui permet de prendre en compte les effets de la distribution de matière liquide à l'échelle de grain. La densité varie en fonction du degré de fusion partielle et de la déplétion du résidu solide. Nous analysons la cinématique du panache lors de son interaction avec une plaque mobile, la dynamique de la convection à petite-échelle (SSC) et le rajeunissement thermique de la lithosphère qui en résulte. Le temps de démarrage et la vigueur de la SSC et, par conséquent, le nouvel état d'équilibre thermique de la lithosphère à l'aplomb du panache dépendent du nombre de Rayleigh (Ra) dans la couche instable à la base de la lithosphère, qui est contrôlé par l'anomalie de température et la rhéologie dans cette couche. Pour des panaches chauds et vigoureux, le démarrage de la SSC ne dépend pas de la vitesse de la plaque. Pour des panaches plus faibles, le temps de démarrage diminue avec l'augmentation de la vitesse de la plaque. Ce comportement est expliqué par une différence dans la structure thermique de la lithosphère, due à des échanges diffusifs à la base lithosphère plus efficaces pour des panaches lents. La diminution de la viscosité associée à la présence de magma et la diminution de la densité du résidu solide accélèrent le démarrage et accroissent la vigueur de la SSC, entraînant une érosion plus efficace et plus proche du point d'impact de panache sous la lithosphère. / Mantle plumes are traditionally proposed to play an important role in thinning the lithosphere. Seismic images beneath Hawaii and Cape Verde, for instance, show a lithosphere-asthenosphere boundary (LAB) up to 50 km shallower than the surroundings. However, previous numerical modeling of plume-lithosphere interaction implies that unless the plate is stationary the thermo-mechanical erosion of the lithosphere does not exceed 30 km. We used 2D petrological-thermo-mechanical numerical models based on a finite-difference method on a staggered grid and marker in cell method to further study the plume-lithosphere interaction. We focused on: (1) analyzing the dynamics of the small-scale convection (SSC) in the plume wake as a function of the plume vigor and plate velocity and (2) quantifying the effect of partial melting on this SSC. A homogeneous peridotite composition with a Newtonian temperature- and pressure-dependent viscosity is used to simulate both the plate and the convective mantle. A constant velocity, ranging from 5 to 12.5 cm/yr, is imposed at the top of the plate. Plumes are created by imposing a thermal anomaly of 150 to 350 K on a 50 km wide domain at the base of the model (700 km depth); the plate right above the thermal anomaly is 40 Myr old. Partial melting is modeled using the batch-melting solidus and liquidus in anhydrous conditions. We model the progressive depletion of peridotite and its effect on partial melting by assuming that the melting degree only strictly increases through time. Melt is accumulated until a porosity threshold is reached and the excess melt is instantaneously extracted. The rheology of the partially molten peridotite is determined using a viscous constitutive relationship based on a contiguity model, which enables to take into account the effects of grain-scale melt distribution. The density varies as a function of the melt fraction and of the depletion of the residue. We analyze the kinematics of the plume as it impacts a moving plate, the dynamics of time-dependent small-scale convection (SSC) instabilities developing in the low-viscosity layer formed by spreading of hot plume material at the lithosphere base, and the resulting thermal rejuvenation of the lithosphere. The onset time and the vigor of SSC and, hence, the new equilibrium thermal state of the lithosphere atop the plume wake depends on the Rayleigh number (Ra) in the unstable layer at the base of the lithosphere, which is controlled by the temperature anomaly and rheology in the plume-fed layer. For vigorous, hot plumes, SSC onset times do not depend on plate velocity. For more sluggish plumes, SSC onset times decrease with increasing plate velocity. This behavior is explained by differences in the thermal structure of the lithosphere, due to variations in the spreading behavior of the plume material at the lithosphere base. Reduction of the viscosity in partial molten domains and decrease in density of the depleted residuum accelerate and enhance the vigor of small-scale convection in the plume-fed low-viscosity layer at the lithosphere base. It also reduces SSC onset times, leading to more effective erosion closer to the plume-lithosphere impact.

Les données électromagnétiques imagent des zones du manteau plus conductrice que l’olivine sèche. Il y a peu d’ambiguïté sur le fait qu’un liquide est thermodynamiquement stable et présent au niveau de l’asthénosphère, mais son impact sur la conductivité électrique du manteau reste débattu. Les études pétrologiques réalisées ces 30 dernières années ont montré qu’une péridotite exposée aux conditions the P-T-fO₂ de l’asthénosphère produisait des liquides riches en H₂O and CO₂, mais les conductivités électriques de ces liquides sont mal connues. Pour cette raison, des expériences de conductivité électrique ont été réalisées en piston cylindre sur des liquides riches en H₂O and CO₂. Différentes compositions de liquides ont été explorées, des liquides carbonatés aux basaltes. Les effets de la composition chimique et des volatiles sur ces liquides ont été déterminés. Les mesures de conductivités électriques ont montré que les liquides hydratés et carbonatés sont très conducteurs, et que l’incorporation de basalte décroit la conductivité. Avec ces nouvelles données, un modèle semi-empirique calculant la conductivité en fonction des teneurs en H₂O and CO₂ a été produit. Sur la base de ce modèle et de la conductivité électrique de l’olivine, des profils 1D de conductivité ont été construits. Avec ces profils, l’effet des teneurs en volatiles (partagé entre le liquide et le solide), les fractions de liquides (loi de mélange et interconnexion du liquide) et les différents régimes de température sur la conductivité ont été discutés. Ces calculs ont été considérés en milieu océanique et continental pour différents âges. La conductivité électrique du manteau est donc un outil puissant pour suivre les processus fondamentaux de la fusion du manteau, qui est à son tour étroitement liée aux cycles de H₂O and CO₂ dans le manteau supérieur. / Electromagnetic data images mantle regions more conductive than that of dry olivine. There is no doubt that melt is thermodynamically stable and present in the asthenosphere, but how they can impact on mantle electrical conductivity remains debated. Petrological studies realized some 30 years ago have shown that peridotites exposed at the P-T-fO₂ conditions of the asthenosphere produced H₂O and CO₂ rich-melts, but electrical conductivities of these melts are poorly known. Therefore, electrical conductivity experiments have been performed in piston cylinder on H₂O-CO₂ rich melts. Different melt compositions have been explored, from carbonated melts to basalts. The effects of chemical compositions and volatiles on these melts have been determined. The electrical conductivity measurements have shown that hydrous carbonated melts are very conductive, and the incorporation of basalt decreases the conductivity. With these new data, a semi-empirical law predicting the conductivity as a function of H₂O and CO₂ contents has been produced. Based on this law and the electrical conductivity of olivine, 1D conductivity profiles were constructed. With these profiles, the effect of volatile contents (partitioned between the melt and in the solids), melt fractions (mixing law and interconnection of the melt) and different temperature regimes on conductivity are discussed. These calculations are conducted on oceanic and continental settings with different ages. The electrical conductivities of the mantle is thus a powerful tool to track the fundamental process of mantle partial melting, which is in turn narrowly associated to the cycling of H₂O and CO₂ in the upper mantle.

Le volcanisme des zones de subduction est associé à la déshydratation de la plaque lithosphérique subduite. La présence d'eau permet d'abaisser les conditions nécessaires au déclenchement de la fusion partielle du manteau.<br /><br />Un modèle numérique bidimensionnel en éléments finis a été développé afin de déterminer l'influence des paramètres géométriques de la subduction sur cette fusion partielle. Ce modèle intègre de manière couplée la résolution des équations de la mécanique des fluides, le calcul de la fusion partielle et les transferts d'eau entre les différentes phases minéralogiques du manteau et de la croûte. Du point de vue technique, les équations de conservation de l'énergie sont résolues par une méthode de type Galerkin tandis que les équations de conservation de la masse et du moment utilisent une procédure de pénalisation. La prise en compte des transferts de fluides se fait par le biais d'une méthode de traceurs. Chacun d'entre eux porte une information de composition minéralogique et de teneur en eau. En fonction des conditions de pression et de température, nous pouvons déterminer, à partir d'un diagramme de phase, les teneurs maximales en eau que peut accepter un traceur et donc évaluer la migration du fluide.<br /><br />Les résultats obtenus sont en accord avec les données géochimiques enregistrées en surface dans les laves des arcs<br />volcaniques. Ainsi, une augmentation de l'épaisseur de la croûte chevauchante est associée à une diminution de la production magmatique totale, tandis qu'une augmentation du taux de convergence des plaques est corrélée avec une augmentation du taux de fusion partielle.

Des expériences ont été réalisées à partir d'un métagrauwacke et d'une métapélite saturée en silicate d'alumine dans un vaste domaine P-T (P=0,5-0,8 GPa; T=750-1000°C) pour étudier les relations de phases dans les roches subduites et les variations de composition des minéraux. Pour le grauwacke , l'assemblage minéralogique phg + cpx + grt + qtz/ coes est stable à P>2,3 GPa, alors que l'assemblage bt +pl + grt + qtz est stable entre 0,5 et 2,0 GPa. pour T<900°C,contrairement aux roches basiques , la phg demeure stable à UHP. La présence d'un minéral hydraté lors du pic de P et durand l'exhumation a d'importantes conséquences sur la fusion partielle et la rétromorphose.Contrairement aux roches basiques , l'apport de fluide pas indispensable à la rétromorphose et à la fusion des roches acides subduites puis exhumées. L'examen des principales unités métamorphiques de ultra-haute pression confirme le rôle de la fusion partielle lors de l'exhumation dans la plupart d'entre elles.

L'ophiolite de la Nouvelle-Calédonie (Sud-Ouest Pacifique) correspond à l'une des plus grandes du monde (500 km de long, 50 km de large et 2 km d'épaisseur). Celle-ci se compose d'un massif principal au Sud de l'île et de petites klippes localisées le long de la côte Ouest. Les péridotites sont majoritairement de nature harzburgitique, à l'exception de massifs les plus au Nord, également constitués de lherzolites. Mise en place durant l'Éocène, cette ophiolite chevauche l'unité magmatique de Poya, principalement composée de basaltes océaniques de type MORB, associés à quelques basaltes de bassin arrière-arc et d'île océanique. Cette unité s'est également mise en place durant l'Éocène, avant l'obduction de la nappe ultrabasique. Basée sur une approche à la fois pétrologique, géochimique et minéralogique et sur le développement de nouvelles techniques d'analyses, notre étude montre que l'ophiolite de la Nouvelle-Calédonie a été affectée tout au long de son évolution par de multiples processus magmatiques, métamorphiques et d'altération. Les analyses géochimiques effectuées sur les péridotites démontrent que les péridotites du complexe ophiolitique ont subi deux processus de fusion successifs: (1) un premier en contexte de ride lors de l'ouverture du bassin Sud Loyauté, durant la période Crétacé Supérieur-Paléocène. Cette fusion aboutit à la formation des basaltes océaniques de l'unité de Poya et de leur résidu associé, les lherzolites des massifs du Nord; (2) un second durant l'Éocène en contexte supra-subductif, entrainant la formation des boninites et des harzburgites composant la majeure partie de l'ophiolite. L'occurrence de ces deux types de fusion au sein de la même ophiolite s'explique par l'initiation forcée de la subduction à (ou à proximité de) l'axe de la ride. Parallèlement à ces évènements magmatiques, nos résultats montrent que les péridotites ont subi une serpentinisation caractéristique des différents environnements dans lesquels l'ophiolite a évolué. Quatre épisodes de serpentinisation ont ainsi pu être mis en évidence: (1) la formation de la lizardite par interaction des lherzolites avec l'eau de mer en contexte de ride durant l'ouverture de bassin Sud Loyauté; (2) la formation de la lizardite au sein des harzburgites par la circulation de fluides métasomatiques extraits de la plaque plongeante durant la subduction Éocène; (3) la formation de l'antigorite par la circulation de fluides métasomatiques associées à l'exhumation isotherme rapide de l'unité métamorphique du Diahot, provoquant l'advection de chaleur sous l'ophiolite; (4) la formation tardive du chrysotile durant l'obduction par la circulation de fluides météoriques. Finalement, une fois sa mise en place terminée (à ~34 Ma), nos résultats montrent que l'ophiolite a subi une forte altération supergène due aux conditions climatiques tropicales. Cette altération se manifeste par un processus de latéritisation entrainant le lessivage de la silice, du magnésium et des terres-rares dans les péridotites de la partie superficielle de l'ophiolite. Ces éléments vont être transportés par la percolation des fluides météoriques jusqu'à la semelle serpentineuse où ils s'accumulent et finalement reprécipitent par sursaturation sous la forme de magnésite, de silice amorphe et de talc. Ainsi, grâce notamment aux développements de nouvelles méthodes analytiques, nous montrons qu'il est possible de retracer l'évolution d'une ophiolite, de sa formation en profondeur jusqu'à son altération en surface.

Les cratons sont de vastes portions de lithosphère continentale formés d'une croûte continentale type TTG et d'un manteau lithosphérique épaissi (>200km), froid (40 mW/m²) et composé majoritairement par des péridotites fortement réfractaires (Mg#WR>0.92, Al2O3-CaO <1%), échantillonnées sous forme de xénolites lors des éruptions kimberlitiques. Il est admis que les péridotites cratoniques ont été formées par de hauts degrés de fusion partielle, cependant, les fortes teneurs en SiO2 de certaines xénolites impliquent des mécanismes de fusion très particuliers. De plus, les fortes teneurs en FeO, TiO2, REE, en cpx et en grenats d'un grand nombre d'échantillons ne sont pas cohérentes avec une origine résiduelle. En effet la majorité des péridotites cratoniques a subi des transformations qui masquent actuellement leur composition initiale. C'est pourquoi les conditions de la fusion et les processus post-formation qui affectent le manteau cratonique demeurent très mal contraints. Udachnaya est la seule kimberlite du craton Sibérien qui fournit des xénolites de péridotite de tailles suffisantes pour les études géochimiques et isotopiques (>>100g). Cette thèse se base sur une grande collection de xénolites de péridotites (>50) particulièrement fraîches i.e. les olivines et les autres minéraux sont préservés de l'altération et les pertes au feu des roches totales (LOI) sont <2%. Les péridotites sont des harzburgites et des lherzolites, généralement pauvres en cpx (<6%) du faciès à spinelle et à grenat, avec des microstructures aussi bien grenues que déformées. Cette collection est représentative de l'ensemble du profil lithosphérique (du Moho jusqu'à 220km). La majorité des péridotites à spinelle est pauvre en opx (<20%). Les péridotites riches en silice sont moins courantes dans le manteau cratonique sibérien que ce que l'étude de Boyd et al. (1997) a montré. Seul ¼ des péridotites à spinelle de notre collection a des compositions en opx >30%. Les péridotites à spinelle, pauvres en opx ont des compositions en éléments majeurs proches d'un résidu de fusion. Contrairement aux autres études, leurs compositions en Al2O3, FeO et Mg#WR définissent des trends qui, comparés aux études expérimentales, indiquent une origine par 38% d'une fusion fractionnée par décompression entre 7-4 GPa et ≤1-2 GPa ; ce qui est en accord avec les modélisations des éléments en trace. L'origine des péridotites riches en silice est incertaine, et l'hypothèse d'une interaction avec des liquides de subduction est peu probable : leurs compositions en SiO2 et FeO diffèrent des péridotites d'arc, et leur δ18OWR ~5.3 ± 0.2‰ est proche de la valeur référence pour le manteau (5.5‰). 1/3 des péridotites à grenat grenues a des compositions similaires aux péridotites à spinelle et indiquent donc des conditions de formation similaires. Le grenat, dans la majorité de ces péridotites, est d'origine résiduelle, contrairement au cpx qui lui est clairement d'origine métasomatique. La majorité des péridotites à grenat forme des séquences d'enrichissement en FeO, TiO2 et REE par rapport aux péridotites résiduelles. Cela traduit un métasomatisme modal (précipitation de cpx et de grenat), et ce par interaction entre le protolite des péridotites avec un magma riche en Si, Al, Fe (Ti, REE). Les cpx sont en équilibre avec un liquide de composition kimberlitique. Les kimberlites sont des magmas pauvres en Si, Al, Fe et ne peuvent pas être responsables du métasomatisme modal, mais un magma parent peut avoir interagi avec la roche peu de temps avant l'éruption. 1/3 des péridotites à grenat grenues a des compositions similaires aux péridotites à spinelle et indiquent donc des conditions de formation similaires. Le grenat, dans la majorité de ces péridotites, est d'origine résiduelle, contrairement au cpx qui lui est clairement d'origine métasomatique. La majorité des péridotites à grenat forme des séquences d'enrichissement en FeO, TiO2 et REE par rapport aux péridotites résiduelles. Cela traduit un métasomatisme modal (précipitation de cpx et de grenat), et ce par interaction entre le protolite des péridotites avec un magma riche en Si, Al, Fe (Ti, REE). Les cpx sont en équilibre avec un liquide de composition kimberlitique. Les kimberlites sont des magmas pauvres en Si, Al, Fe et ne peuvent pas être responsables du métasomatisme modal, mais un magma parent peut avoir interagi avec la roche peu de temps avant l'éruption.