Le massif du Cantal, localisé dans la province volcanique Cénozoïque du Massif Central (France), est le plus grand complexe volcanique Miocène d'Europe. Il est majoritairement constitué de brèches volcanoclastiques qui lui confèrent des dimensions impressionnantes et une morphologie surbaissée. Des observations de terrain, couplées à des datations K-Ar, nous ont permis de reconstituer l'évolution morpho-structurale, la dynamique éruptive et l'histoire volcanique du massif. Après avoir contraint dans l'espace et dans le temps une séquence stratigraphique identique tout autour du massif, nous montrons qu'il existe des évidences chrono-stratigraphiques, structurales et géomorphologiques en faveur de la formation d'une caldeira centrale de 8 x 10 km il y a environ 8 Ma occupée par un lac. L'étude morphologique et sédimentologique de la principale unité bréchique du massif, le Grand Écoulement Bréchique, nous a conduit à le définir comme l'un des plus importants debris flow syn-éruptifs connus au monde dont nous estimons un volume de l'ordre de 100 km3. Nous proposons que cet écoulement résulte d'une éruption sous-lacustre intracaldeira majeure. L'interaction entre un magma juvénile et l'eau du lac de caldeira, selon un dynamisme surtseyen, a initié la formation du debris flow qui s'est propagé sur les pentes externes du volcan à 360° jusqu'à plus de 25 km de sa source. Cette étude ouvre des perspectives d'une part quant aux risques volcaniques liés aux éruptions sous-lacustres intracaldériques majeures, et d'autre part quant à la possibilité de reconstituer la morphologie passée de la source d'un écoulement bréchique volcanoclastique âgé de plusieurs Ma, par l'étude de son dépôt selon des critères sédimentologiques et morphologiques.Dans un deuxième temps, la combinaison de nouvelles datations K-Ar et d'observations de terrain nous ont permis de reconstituer l'histoire volcanique du plateau du Cézallier, siège de la plus jeune activité volcanique de France métropolitaine, du plateau de l'Aubrac, et également la chronologie du volcanisme le long du Sillon Houiller. Nous avons pu ainsi établir les relations spatio-temporelles entre le massif du Cantal et les provinces volcaniques adjacentes révélant le rôle important des fractures héritées de l'Hercynien pour la remontée des magmas. Nous confirmons ainsi une migration spatio-temporelle vers le nord du volcanisme en Auvergne. Finalement, l'acquisition au cours de ce travail de 47 nouveaux âges K-Ar de 12,8 Ma à 9 ka complète la chronologie du volcanisme du Massif Central en précisant sa distribution spatio-temporelle.

L’arc équatorien est caractérisé par un nombre particulièrement élevé de volcans quaternaires. Nos quatre-vingt-dix nouveaux âges K-Ar, réalisés pour une vingtaine d’édifices, montrent que son développement a commencé vers 1 Ma au nord et a migré vers le sud à partir de 600 ka. Ce déplacement pourrait être induit par un changement récent de la géométrie de la plaque Nazca en profondeur et l'activation des failles crustales. Les taux de production magmatique sont assez homogènes à l’échelle de l’arc, et varient entre 0,1 et 5,6 km³.ka⁻¹. Ces données montrent que les volcans se sont construits lors de phases d’activité brèves, séparées par des périodes de repos. Il n'y a pas de corrélation apparente entre l'âge des volcans et leur taux d'émission, mais la subduction de la ride de Carnegie pourrait favoriser la genèse du magma et expliquer la densité de volcans quaternaires en Équateur. Les taux d'érosion varient entre 0,01 et 0,14 km³.ka⁻¹. Les volcans les plus jeunes semblent être érodés par des processus d'altération chimique, tandis que les volcans plus anciens sont principalement démantelés par des processus physiques tels que l'abrasion glaciaire et l'activité tectonique. Enfin, nous montrons que la méthode de datation K-Ar réalisées sur la mésostase ou les esquilles de verre des ponces est bien adaptée pour dater les produits volcaniques quaternaires de l'arc équatorien. / The Ecuadorian arc presents a large number of Quaternary volcanoes. Our ninety new K-Ar ages, carried out on products from twenty volcanic edifices, show that the development of the Quaternary arc began about 1 Ma in northern Ecuador and migrated southward since 600 ka. This migration could be induced by recent change of the slab geometry at depth and by the activation of crustal faults. The magmatic productivity rates are rather homogeneous at the arc scale, and range between 0.1 and 5.6 km³.ka⁻¹. These data highlights that volcanoes grew during sporadic activity pulses separated by quiescence periods. There is no clear correlation between the age of the volcanoes and their emission rates, but the subduction of the Carnegie ridge could favor the magma genesis and explained the increase of the volcanic activity in northern Ecuador during the Quaternary. Erosion rates range between 0.01 and 0.14 km³.ka⁻¹. Youngest volcanic edifices seem to be eroded by a chemical alteration process, while the dismantling of older volcanoes is mostly influenced by physical processes such as glacial abrasion and tectonic activity. Finally, we show that K-Ar ages performed on groundmass or pumice glass shards can be successfully applied to Quaternary volcanic products from the Ecuadorian arc.

Le massif du Cantal, localisé dans la province volcanique Cénozoïque du Massif Central (France), est le plus grand complexe volcanique Miocène d’Europe. Il est majoritairement constitué de brèches volcanoclastiques qui lui confèrent des dimensions impressionnantes et une morphologie surbaissée. Des observations de terrain, couplées à des datations K-Ar, nous ont permis de reconstituer l’évolution morpho-structurale, la dynamique éruptive et l’histoire volcanique du massif. Après avoir contraint dans l’espace et dans le temps une séquence stratigraphique identique tout autour du massif, nous montrons qu’il existe des évidences chrono-stratigraphiques, structurales et géomorphologiques en faveur de la formation d’une caldeira centrale de 8 x 10 km il y a environ 8 Ma occupée par un lac. L’étude morphologique et sédimentologique de la principale unité bréchique du massif, le Grand Écoulement Bréchique, nous a conduit à le définir comme l’un des plus importants debris flow syn-éruptifs connus au monde dont nous estimons un volume de l’ordre de 100 km3. Nous proposons que cet écoulement résulte d’une éruption sous-lacustre intracaldeira majeure. L’interaction entre un magma juvénile et l’eau du lac de caldeira, selon un dynamisme surtseyen, a initié la formation du debris flow qui s’est propagé sur les pentes externes du volcan à 360° jusqu’à plus de 25 km de sa source. Cette étude ouvre des perspectives d’une part quant aux risques volcaniques liés aux éruptions sous-lacustres intracaldériques majeures, et d’autre part quant à la possibilité de reconstituer la morphologie passée de la source d’un écoulement bréchique volcanoclastique âgé de plusieurs Ma, par l’étude de son dépôt selon des critères sédimentologiques et morphologiques.Dans un deuxième temps, la combinaison de nouvelles datations K-Ar et d’observations de terrain nous ont permis de reconstituer l’histoire volcanique du plateau du Cézallier, siège de la plus jeune activité volcanique de France métropolitaine, du plateau de l’Aubrac, et également la chronologie du volcanisme le long du Sillon Houiller. Nous avons pu ainsi établir les relations spatio-temporelles entre le massif du Cantal et les provinces volcaniques adjacentes révélant le rôle important des fractures héritées de l’Hercynien pour la remontée des magmas. Nous confirmons ainsi une migration spatio-temporelle vers le nord du volcanisme en Auvergne. Finalement, l’acquisition au cours de ce travail de 47 nouveaux âges K-Ar de 12,8 Ma à 9 ka complète la chronologie du volcanisme du Massif Central en précisant sa distribution spatio-temporelle. / The Cantal massif, located in the French Cenozoic volcanic province, is the largest Miocene volcano in Europe. It is mainly composed of volcaniclastic breccias giving impressive dimensions and a shield-like morphology. Field observations, coupled with K-Ar datings, allowed us to reconstruct the morpho-structural evolution, the eruptive dynamics and the volcanic history of the massif. We first constrained a stratigraphic sequence which is identical all around the massif. Then, we show that it exists from chrono-stratigraphic, structural and geomorphologic evidences a 8 x 10 km central caldera ca. 8 Myrs ago occupied by a lake. The sedimentological and morphological study of the main breccia unit, the Large Breccia Flow, led us to define it as one of the largest syn-eruptive debris flow in the world. We estimate its volume at ca. 100 km3. We propose that this debris flow resulted from a major intracaldera lake eruption. The interaction between a juvenile magma and the water of the caldera lake, with a surteyan dynamics, initiated the debris flow that propagated on the external slopes of the volcano at 360° until 25 km from its source. This study opens outlets on one hand to volcanic hazards related to major intracaldera lake eruptions ; on the other hand, we show that it is possible to reconstruct the former source morphology of a several Myrs-old volcaniclastic breccia flow by studying the sedimentological and morphological criterion of its deposit.Furthermore, the combination of new K-Ar datings with field observations allowed us to reconstruct the volcanic history of the Cézallier plateau (site of the youngest volcanic activity in the continental France), of the Aubrac plateau, and also the volcanism along the Sillon Houiller. Consequently, we established the spatio-temporal relationships between the Cantal massif and the adjacent volcanic provinces, highlighting the important role of the Hercynian inherited fractures in the magmas ascent. We thus confirm the spatio-temporal migration toward the north in Auvergne. Finally, the acquisition of 47 new K-Ar ages ranging from 12.8 Ma to 9 ka conveys new time constraints on the chronology of Massif Central volcanism by precising its spatio-temporal distribution.

Le système volcanique de La Réunion est formé de la coalescence des massifs du Piton des Neiges et du Piton de la Fournaise. Son édification, liée à l’activité d’un panache mantellique, est caractérisée par une phase de croissance sous-marine, puis subaérienne, suivie d’une période de dégénérescence, comme proposé classiquement pour les volcans boucliers océaniques d’Hawaii. De précédentes études ont montré que l’activité subaérienne de La Réunion aurait débuté il y a environ 2,2 Ma. Les analyses géochimiques menées jusqu’alors sur les produits associés à cette activité volcanique (subaérienne et sous-marine) ont montré un caractère chimique transitionnel avec une composition isotopique (87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd et 176Hf/177Hf) particulièrement homogène pour un volcanisme de point chaud. Dans cette étude, nous montrons que des laves sous-marines récemment identifiées sous la série basique du Piton de la Fournaise (au sein de la sur Rift Zone Nord-Est) ainsi que des laves subaériennes affleurant à la base de canyons incisés dans le massif (Série Différenciée de la Rivière des Remparts), présentent des caractéristiques ne s’inscrivant pas dans le modèle d’évolution proposé précédemment pour ce volcan. Se pose donc la question de la nature et de l’origine de ces laves, ainsi que de leur place et appartenance dans l’édification du système volcanique réunionnais. De nouvelles investigations pétro-géochimiques et géochronologiques ont été menées sur la partie sous-marine de l’édifice de La Réunion. Elles révèlent l’existence d’un groupe de laves exceptionnel. Leur composition se distingue clairement de celle des échantillons communément analysés à La Réunion et montre (1) un enrichissement en éléments incompatibles couplé isotopiquement à (2) un rapprochement vers un pôle mantellique enrichi de type EM. Ces particularités géochimiques démontrent que le panache mantellique possède (1) une source hétérogène affectée par (2) des taux de fusion variables. De plus, deux échantillons de ce nouveau groupe datés à 3,77 (0,08) et à 3,34 (0,07) Ma étendent considérablement la période d’activité connue de l’édifice. Ces âges remarquables font de ces laves les plus anciennes jamais datées à La Réunion. La nature géochimique ainsi que la position stratigraphique des laves de cette étude (échantillons subaériens et sous-marins des massifs du Piton des Neiges et du Piton de la Fournaise) impliquent une réinterprétation du schéma d’évolution global de l’île. Contrairement aux études précédentes, nos résultats sur ces laves montrent que : (1) Les laves différenciées de la Rivière des Remparts, qui sont des laves subaériennes, de part leur position stratigraphique et géographique sous-jacente au Piton de la Fournaise et par analogie avec le Piton des Neiges, ne peuvent être reliées à l’activité de la Fournaise, (2) Le signal isotopique du groupe de laves sous-marines de la Rift Zone Nord-Est de la Fournaise, révèlent l’hétérogénéité de la source du panache mantellique sous La Réunion, source que nous identifions comme des enclaves d’éclogite contenues dans une lherzolite à spinelle, (3) L’âge plus ancien de ces laves sous-marines et leur localisation sous le flanc Est de la Fournaise remet en questions le schéma jusqu’alors admis pour l’édification de l’île de La Réunion reposant sur la construction du Piton des Neiges puis celle, adjacente, du Piton de la Fournaise. En conséquence, nos données géochimiques et géochronologiques sont de nouveaux arguments en faveur de l’élaboration d’un modèle d’évolution plus complexe, suggérant l’existence d’un troisième massif volcanique. Il est en accord avec les précédents travaux de pétrologie et de géophysique suggérant l’existence d’un troisième édifice à l’Est de La Réunion, communément appelé le Volcan des Alizés. / The volcanic system of La Reunion is made of the coalescent Piton des Neiges and Piton de la Fournaise edifices. Its formation, associated with the activity of a mantle plume, is characterized by phases of submarine and subaerial growth, followed by a period of destruction, as described in the classical model proposed for Hawaiian Island volcanoes. Previous studies showed that the subaerial activity of La Reunion would have started around 2.2 Ma ago. Geochemical analyses carried out on the products associated with subaerial and submarine volcanism revealed their transitional chemical nature and their peculiar homogeneous isotopic compositions (87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd et 176Hf/177Hf) for a hotspot derived magmatism. In this study, we show that some unusual submarine lavas were recently identified below the basal series of Piton de la Fournaise volcano (dredged on the North-East Rift Zone of la Fournaise) and below the subaerial lavas outcropping at the base of the differentiated series of Rivière des Remparts, indicate that the evolution of La Reunion system is probably more complex than previously suggested. The question of the nature and origin of these lavas, together with their implication on the formation of La Reunion, is an issue of major interest in order to better constrain the global evolution of the volcanic system. As a consequence, new petrological, geochemical and geochronological investigations were conducted on the submarine part of La Reunion edifice. They revealed the existence of a geochemically exceptional group of lavas. Its composition is clearly different from common samples of La Reunion and presents (1) an enrichment in incompatible elements and (2) tends toward an enriched EM endmember. These chemical specificities reveal that the source of La Reunion magmatic products is (1) an heterogeneous source affected by (2) variable melting degrees. Moreover, two samples of this new group dated at 3.77 (0,08) and 3.34 (0,07) Ma extend considerably the period of activity of the island. These rocks are the oldest samples ever dated at La Reunion. The nature and stratigraphical location of subaerial and submarine samples from Piton des Neiges and Piton de la Fournaise imply a new interpretation of the global evolution of the island. Unlike previous studies, our results indicate that :(1) The differentiated subaerial lavas from Rivière des Remparts, due to their stratigraphical and geographical location underlying Piton de la Fournaise, and by analogy with the Piton des Neiges, cannot be linked to the activity of Piton de la Fournaise. (2) The isotope signature of the submarine lava group from the North-East Rift Zone of Piton de la Fournaise, reveals the heterogeneous character of the mantle source under La Reunion Island, that can be modelled as embedded eclogite in a matrix of spinel lherzolite, (3) The age of this submarine group and its location under the eastern flank of Piton de la Fournaise, imply a more complex model of evolution of La Reunion. Therefore, our geochemical and geochronological data are new arguments suggesting the existence of a third volcanic center on the island. This assumption confirms the previous petrological and geophysical evidence supporting the existence of this volcano at the East of La Reunion, commonly called Les Alizés volcano.

Nous présentons ici un travail qui combine des études de géochronologie, géochimie et géomorphologie sur l'île de la Martinique afin de contraindre l'évolution de l'activité volcanique de l'île. L'arc insulaire des Petites Antilles, double dans sa moitié nord, résulte de la subduction vers l'ouest de la plaque Atlantique sous la plaque Caraïbe à 2 cm/an. Grâce à sa position centrale où les deux branches nord se rejoignent, la Martinique est la seule île des Petites Antilles où l'histoire la plus complète de l'arc affleure. Nos âges K-Ar montrent que l'Arc Ancien a été actif de 25 à 21 Ma. L'Arc Intermédiaire s'est ensuite mis en place en milieu sous-marin puis subaérien entre 16 et 7 Ma. Au cours du Miocène, l'activité volcanique s'est déplacée vers l'ouest avec la mise en place de petits volcans monogéniques, alignés le long de failles, entre 3 Ma et 340 ka. Au même moment, le compartiment septentrional s'est édifié au niveau du volcan bouclier du Morne Jacob (5.5 – 1.5 Ma), du Complexe du Carbet (1 Ma – 322 ka), du Mont Conil (550 – 190 ka) et enfin de la Montagne Pelée. Nous avons mis en évidence l'étroite relation de l'évolution chimique des laves et des taux d'éruption avec les modifications de surface, ainsi que l'influence de la subduction de rides asismiques sur la migration et la répartition de l'activité volcanique à travers et le long de l'arc. En conclusion, notre compilation de 56 nouveaux âges K-Ar entre 26 Ma et 190 ka, nous permet de mieux contraindre les différentes phases volcaniques de l'île de la Martinique, et d'identifier des épisodes de forte production magmatique liés aux changements géodynamiques régionaux et/ou les événements d'effondrement de flanc.

Le plateau Amsterdam-St. Paul (ASP) est un plateau océanique issu de l'interaction entre le point chaud éponyme et la dorsale sud-est Indienne. Il est prolongé au nord-est par la chaîne des Poètes Disparus (CDP pour Chain of the Dead Poets), une chaine volcanique liée à l'activité intraplaque du point chaud. L'étude du plateau et de la chaîne révèle que la composition du point chaud ASP nécessite la présence dans le manteau source de croute océanique chargée de sédiments pélagiques recyclée via subduction il y a 1,5Ga. Le panache ASP s'exprime en surface de manière discontinue, par le biais de pulses, et à la faveur de zone de faiblesses telles que les dorsales, les zones de fractures et les zones de déformation diffuse. De ce fait, la construction de la chaîne est directement liée (1) aux pulses du panache et (2) à la déformation diffuse engendrée par le mouvement des plaques Capricorne et Australie. Des datations K-Ar révèlent que cette chaine est constituée de deux générations de volcans : (1) une ancienne génération datée à ~9Ma et constituée d'édifices de taille importante, ayant probablement eu une phase émergée et (2) une jeune génération, âgée de moins de 2Ma, et constituée d'édifices plus petits, formés par la migration de matériel issu du panache sous le plateau ASP lors du dernier pulse et à l'épanchement en surface à la faveur de zones de faiblesse. L'orientation de la chaîne et des édifices qui la composent indique que le maximum de divergence entre les plaques Capricorne et Australie se produit selon une orientation N155°. En outre, le panache présente un mouvement propre de l'ordre de 1-2 cm/an vers le sud-ouest qui a contribué à son rapprochement de la dorsale. Ce mouvement à l'encontre des flux asthénosphériques implique un ancrage du panache, confirmant son origine profonde. Les compositions élémentaires et isotopiques (Sr-Nd-Pb-Hf) des laves émises sur le plateau ASP révèlent l'interaction entre le panache, le manteau supérieur Indien et l'influence de l'anomalie DUPAL. Le manteau supérieur Indien sous le plateau ASP est hétérogène et consiste en un manteau appauvri contaminé par des lambeaux de croute continentale inférieure, composés de granulites à grenat et plagioclase, probablement délaminée pendant la fracturation du méga-continent Gondwana. Les résultats de cette étude affermissent donc le modèle proposé de recyclage dans le manteau supérieur de granulites comme origine de l'anomalie DUPAL. La présence de ces trois pôles (point chaud, manteau supérieur et croute continentale inférieure), ainsi que leurs mélanges en proportions variables, entrainent une grande variabilité de compositions dans les laves du plateau. L'apparente homogénéité de l'île d'Amsterdam, l'un des sommets émergés du plateau, se révèle donc être un biais lié à la présence de réservoirs magmatiques intermédiaires dans sa structure.

Le système volcanique de La Réunion est formé de la coalescence des massifs du Piton des Neiges et du Piton de la Fournaise. Son édification, liée à l'activité d'un panache mantellique, est caractérisée par une phase de croissance sous-marine, puis subaérienne, suivie d'une période de dégénérescence, comme proposé classiquement pour les volcans boucliers océaniques d'Hawaii. De précédentes études ont montré que l'activité subaérienne de La Réunion aurait débuté il y a environ 2,2 Ma. Les analyses géochimiques menées jusqu'alors sur les produits associés à cette activité volcanique (subaérienne et sous-marine) ont montré un caractère chimique transitionnel avec une composition isotopique (87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd et 176Hf/177Hf) particulièrement homogène pour un volcanisme de point chaud. Dans cette étude, nous montrons que des laves sous-marines récemment identifiées sous la série basique du Piton de la Fournaise (au sein de la sur Rift Zone Nord-Est) ainsi que des laves subaériennes affleurant à la base de canyons incisés dans le massif (Série Différenciée de la Rivière des Remparts), présentent des caractéristiques ne s'inscrivant pas dans le modèle d'évolution proposé précédemment pour ce volcan. Se pose donc la question de la nature et de l'origine de ces laves, ainsi que de leur place et appartenance dans l'édification du système volcanique réunionnais. De nouvelles investigations pétro-géochimiques et géochronologiques ont été menées sur la partie sous-marine de l'édifice de La Réunion. Elles révèlent l'existence d'un groupe de laves exceptionnel. Leur composition se distingue clairement de celle des échantillons communément analysés à La Réunion et montre (1) un enrichissement en éléments incompatibles couplé isotopiquement à (2) un rapprochement vers un pôle mantellique enrichi de type EM. Ces particularités géochimiques démontrent que le panache mantellique possède (1) une source hétérogène affectée par (2) des taux de fusion variables. De plus, deux échantillons de ce nouveau groupe datés à 3,77 (0,08) et à 3,34 (0,07) Ma étendent considérablement la période d'activité connue de l'édifice. Ces âges remarquables font de ces laves les plus anciennes jamais datées à La Réunion. La nature géochimique ainsi que la position stratigraphique des laves de cette étude (échantillons subaériens et sous-marins des massifs du Piton des Neiges et du Piton de la Fournaise) impliquent une réinterprétation du schéma d'évolution global de l'île. Contrairement aux études précédentes, nos résultats sur ces laves montrent que : (1) Les laves différenciées de la Rivière des Remparts, qui sont des laves subaériennes, de part leur position stratigraphique et géographique sous-jacente au Piton de la Fournaise et par analogie avec le Piton des Neiges, ne peuvent être reliées à l'activité de la Fournaise, (2) Le signal isotopique du groupe de laves sous-marines de la Rift Zone Nord-Est de la Fournaise, révèlent l'hétérogénéité de la source du panache mantellique sous La Réunion, source que nous identifions comme des enclaves d'éclogite contenues dans une lherzolite à spinelle, (3) L'âge plus ancien de ces laves sous-marines et leur localisation sous le flanc Est de la Fournaise remet en questions le schéma jusqu'alors admis pour l'édification de l'île de La Réunion reposant sur la construction du Piton des Neiges puis celle, adjacente, du Piton de la Fournaise. En conséquence, nos données géochimiques et géochronologiques sont de nouveaux arguments en faveur de l'élaboration d'un modèle d'évolution plus complexe, suggérant l'existence d'un troisième massif volcanique. Il est en accord avec les précédents travaux de pétrologie et de géophysique suggérant l'existence d'un troisième édifice à l'Est de La Réunion, communément appelé le Volcan des Alizés.