Ce travail de thèse est essentiellement consacré à l'investigation des populations de zircons et de l'âge des protolithes des formations varisques grâce à une datation U-Pb in situ systématique par le couplage Laser/MC-ICPMS, dans des formations orthodérivées, métasédimentaires et magmatiques tardi-orogéniques du Massif Central français et du domaine Sud armoricain. Cette étude a montré que les populations de zircons sont largement héritées, s'étalant de l'Archéen au Paléozoïque inférieur. L'ensemble des pics d'âges obtenus, ainsi que l'absence d'âge mésoprotérozoïque (1.7-1.1 Ga) accréditent l'affinité gondwanienne de ces formations. Des âges maximum de dépôt sont proposés pour les métasédiments des principales unités définies dans le Massif Central. Ces âges maximum de dépôt sont décroissants suivant l'empilement lithotectonique reconnu. En marge de ce travail, nous avons pu déterminer que les âges de mise en place des granitoïdes du Sillon Houiller (Massif Central) et du golfe du Morbihan se situent aux alentours de 300 Ma. Des âges plus anciens, principalement obtenus sur monazite lors d'études antérieures, ont été réinterprétés comme des âges hérités. L'abondance de zircons hérités d'âge ordovicien et néoprotérozoïque met en évidence la large contribution des métagranites et métasédiments fertiles de ces périodes dans la source des granites tardi-orogéniques varisques. Le granite de Sarzeau expose de plus les traces d'un protolithe silurien. Le recyclage de la croûte continentale est caractérisé par une évolution polycyclique au cours de l'orogénèse varisque, avec tout d'abord l'érosion de formations du craton africain, majoritairement d'âge néoprotérozoïque, puis la superposition des événements magmatiques cambro-ordoviciens et syn-orogéniques varisques.

Le puits IODP U1309D (Exp. IODP 304-305, 30°N) et le Site ODP 1275 (Leg ODP 209, 15°45'N) ont permis d'échantillonner deux core complexes océaniques de la dorsale Médio-Atlantique. Les roches récupérées sont principalement gabbroïques dont certaines très primitives et riches en olivine (ol >70%). Dans le puits U1309D, les compositions en éléments en trace des poeciloblastes de clinopyroxène et de plagioclase des roches riches en olivine indiquent qu'ils précipitent depuis le même magma dans toutes les lithologies. La composition en éléments en trace des olivines est en déséquilibre avec ces deux minéraux. Les fabriques cristallographiques de l'olivine sont faibles avec une concentration sur [001] inhabituelle, néanmoins compatibles avec une déformation plastique de haute température, avec l'activation du système de glissement (010) [100] communément décrit dans le manteau asthénosphérique. L'étude conjointe des caractéristiques géochimiques et microstructurales de ces roches met en lumière une histoire complexe de cristallisation dans un système ouvert où de larges volumes de magma de type MORB ont percolé et interagi avec le manteau appauvri superficiel. Ces roches riches en olivine représenteraient le résidu ultime de ces réactions liquide-manteau. Au site 1275, la formation des roches les plus évoluées de la série n'apparaît pas liée à l'événement d'imprégnation formant les roches riches en olivine. Ces roches correspondent à des injections tardives de magma qui ont entièrement cristallisé en profondeur sous forme de plutons intrusifs. Les résultats présentés dans ce mémoire sont compatibles avec une formation des core complexes océaniques associée à une activité magmatique relativement importante, et à une cristallisation complète de tout ou partie de ces magmas dans la lithosphère sans contre-partie volcanique en surface.