La croute océanique formée aux dorsales lentes a une composition hétérogène. Pour expliquer sa formation, il est nécessaire d’invoquer des processus d’interactions magma-roche. Afin de contraindre la contribution des processus de cristallisation et d’interaction magma-roche sur le budget géochimique et l’architecture de la croute océanique hétérogène, j’ai étudié deux séquences gabbroiques échantillonnées in situ à l’Atlantis Massif (AM, 30°N, Dorsale Médio-Atlantique, MAR) et l’Atlantis Bank (AB, 57°E, Dorsale Sud-Ouest Indienne, SWIR). J’ai effectué (i) une étude multi-échelle pétro-structurale et géochimique, combinée à une modélisation numérique, de gabbros primitifs forés à l’AM, et (ii) une étude pétrographique et géochimique de gabbros à olivines forés à l’AB. La croute océanique inférieure hétérogène échantillonnée au Site U1309 (AM) présente des troctolites riches en olivines (Ol-T). Elles se distinguent par des olivines partiellement dissoutes, relativement riches en Fo et en Ni, ainsi que par la co-précipitation de clinopyroxènes riches en Mg et de plagioclases. Ces caractéristiques suggèrent que les Ol-T sont le résultat de l’imprégnation d’un protolithe riche en olivines par un magma sous-saturé en olivine. Les profils géochimiques plats entre les minéraux adjacents suggèrent que la composition du protolithe a été modifiée par le magma entrant. Pourtant, le Ni, Li et Co montrent des compositions extrêmement variables à Mg# de l’olivine constant, ce qui suggère qu’ils préservent la signature géochimique du protolithe. La modélisation géochimique indique que ces variations sont héritées d’une hétérogénéité dans les harzburgites U1309. Les expériences en laboratoire ont démontré que la distribution de magma en milieux poreux est contrôlée par la composition modale de la roche percolée. La distribution hétérogène d’orthopyroxène dans le protolithe mantellique contrôle la quantité de magma entrant, et ainsi la quantité d’olivine dissoute, comme indiqué par les variations modales et compositionnelles observées dans les Ol-T à l’AM. La modélisation géochimique indique que la formation des Ol-T peut être expliquée par la percolation de magma et l’assimilation de 5% de protolithe mantellique. Une conséquence de ce processus de réaction est le décalage des compositions du magma à l’AM vers de cristallisation fractionnée apparentes à haute pression. Pourtant, aucune signature géochimique de haute pression n’est observée dans les MORBs à l’AM, alors qu’elles sont observées dans les MORBs d’une portion amagmatique de la SWIR (61°-67°E). La croute océanique à l’AB est faite de gabbros à olivines (75%) et de gabbros à oxides (20%), et par endroits intensément déformée. Les études préliminaires ont mis en évidence des textures indiquant l’assimilation de plagioclase par un magma d’imprégnation, ainsi que la cristallisation de clinopyroxène. Les gabbros à olivines montrent des compositions relativement évoluées. Des études précédentes des gabbros à olivines de l’AB ont montré que leur formation peut être attribuée à l’assimilation de la croute océanique par un magma saturé en clinopyroxène. Les études de l’AM et de l’AB révèlent des processus d’interactions magma-roche associés au transport de magma dans la croute océanique inférieure. Des caractéristiques texturales et géochimiques similaires ont été documentées à Kane (24°N, MAR) et dans les ophiolites Alpines-Apennines. Elles indiquent que les interactions magma-roche sont omniprésentes et contribuent à façonner la croute océanique inférieure aux dorsales lentes. L’étude de roches gabbroiques forées à Hess Deep suggèrent que les interactions magma-roche interviennent également aux dorsales rapides. Le transport réactif de magma dans la croute océanique joue un rôle majeur dans le processus de formation de la croute océanique dans son ensemble. Leur contribution dans la composition des MORBs est probablement contrôlée par la production de magma durant la remontée mantellique. / At slow-spreading mid-ocean ridges the lower oceanic crust is extremely heterogeneous, and its formation must be related to some extents of melt-rock interactions. To constrain the relative contribution of crystallization processes and melt-rock interactions on the geochemical budget and architecture of the slow-spread oceanic crust, I investigated two gabbroic sequences sampled in situ at the Atlantis Massif (AM, 30°N, Mid-Atlantic Ridge, MAR) and the Atlantis Bank (AB, 32°S, 57°E, Southwest Indian Ridge, SWIR), where gabbros are exposed by long-lived detachment faults. I performed (i) a multi-scale petro-structural, geochemical and numerical modeling study of primitive gabbroic rocks drilled at the AM, and (ii) a petrographic and geochemical study of olivine gabbros recovered at the AB. AM was drilled during IODP Expeditions 304/305. The heterogeneous lower oceanic crust recovered at Site U1309 presents discrete intervals of olivine-rich troctolites (Ol-T). They are distinguished by partially dissolved olivines with relatively high Fo (86) and Ni contents (>2000 ppm), and they are characterized by the co-precipitation of high Mg# (86-88) clinopyroxene and plagioclase. These characteristics suggest that Ol-T result from impregnation of an olivine-rich protolith by a melt undersaturated in olivine. The flat geochemical profiles across olivine and adjacent minerals suggest that the composition of the protolith was modified by this impregnating melt. Yet, Ni, Li and Co display extremely variable compositions at constant olivine Mg#, suggesting that they retain the signature of the precursor material. Modeling indicates that these chemical variations are likely inherited from the U1309D harzburgites. Experiments show that the melt distribution and paths in a porous media is controlled by the mineral modes of the host rock. The heterogeneous distribution of orthopyroxene in the precursor harzburgitic mantle locally drives the abundance of impregnating melt, leading to different extents of olivine dissolution, as evidenced by variations in mineral modes and chemistry of the AM Ol-T. Geochemical modeling indicates that the melt percolation and assimilation of about 5% of a mantle protolith can explain the formation of the Ol-T. One consequence of this reactive process in Hole U1309D is the shift of melt compositions toward apparent high pressure fractionation. However, no high pressure chemical signature is observed in MORBs from the AM, while it is recorded in MORBs from the nearly amagmatic region along the SWIR (61°-67°E). AB was drilled during IODP Expedition 360. The recovered lower oceanic crust is dominated by olivine gabbros (75%) and oxide gabbros (20%). The section is in places intensively deformed. Shipboard studies have documented textures of plagioclase assimilation by an invading melt crystallizing clinopyroxene. Compositions of olivine gabbros reach relatively evolved signature (Yb = 3-10 x C1-chondrite; MORB Yb = 19). Previous studies on olivine gabbros from AB showed that their formation can be ascribed to assimilation of an oceanic crust by clinopyroxene-saturated trace element enriched melts. The study of AM and AB reveals melt-rock interactions and mineral assimilation associated to melt transport through the accreting lower oceanic crust. Similar textural and chemical features are observed at Kane (24°N, MAR) and in ophiolite complexes (e.g., Alpine and Appennine ophiolites). These evidences indicate that melt-rock interactions are probably ubiquitous, and contribute to shaping the slow-spread lower oceanic crust. The characterization of gabbroic rocks drilled at Hess Deep suggests that melt-rock interactions may take place also at fast-spreading ridge. Melt transport and associated mineral assimilation processes likely play a major role in the building of the oceanic crust overall. Their contribution to the formation of MORB is likely controlled by melt productivity in the upwelling mantle.

De par leurs magnitudes élevées et leur potentiel tsunamigénique, les séismes qui se produisent en contexte de subduction présentent un risque majeur pour les villes côtières souvent densément peuplées. La compréhension de la géométrie et du fonctionnement des zones de failles associées à ces ruptures sismiques a donc fait l'objet de nombreuses recherches sismologiques et géologiques.L’objectif de cette thèse est centré sur la caractérisation des zones de failles paléo-sismiques traversant des formations ophiolitiques subductées puis exhumées en surface des continent et sur leur comparaison avec les zones sismogéniques actuelles. Elle s’appuie sur une approche multi-échelle faisant intervenir les outils de la géologie structurale, de la pétrographie microstructurale, de la minéralogie, de la géochimie ainsi que les données de la géophysique. Le cas de la Corse alpine, de par la présence de nombreuses pseudotachylytes (étant considérées comme des fossiles de séismes) mafiques et ultramafiques constitue un cas d’étude idéal.La rupture sismique dans la nappe du Cima di Gratera est matérialisée par des réseaux de pseudotachylytes parallèles ou à fort pendages situées de part et d’autre de la discontinuité tectonique séparant les unités ultramafiques et mafiques formant la nappe. Le système de faille est caractérisé par une cinématique vers l’ouest associée à la subduction de la plaque océanique liguro-piémontaise sous la plaque adriatique. Les analyses minéralogiques des microlites présentes dans les pseudotachylytes mafiques indiquent une formation des veines en contexte de pression et température du facies eclogite, correspondant à une profondeur comprise entre 60 et 70 km, soit le début de la zone de sismicité dite de profondeur intermédiaire. La géométrie du système de faille a également pu être comparée à des géométries observées via la géophysique au large du nord-est Japon et à des profondeurs similaires.A également été mis en lumière l’impact de la serpentinisation sur le caractère sismique / asismique des discontinuités tectoniques faisant intervenir des formations mafiques et ultramafiques. En effet, la fusion frictionnelle issue des ruptures sismiques et responsable de la formation des veines de pseudotachylytes n’a été observée que dans le cas où était mis en contact la péridotite fraiche ou faiblement serpentinisée et le métagabbro. Les contacts impliquant la serpentinite et le métagabbro n’en présentent jamais et peuvent donc être considérés comme asismiques. Au regard de l’épaisseur des réseaux de pseudotachylytes dans les masses de péridotite et de leur absence dans les serpentinites, les masses de péridotites peuvent donc être assimilées à des aspérités au sein même de la plaque plongeante. / By their high magnitude and their ability to generate tsunami, subduction earthquakes present a major risk for the high population density coastal cities. The understanding of the geometry and the functioning of these seismogenic fault zones was the subject of numerous seismogenic and geologic studies.The objective of this thesis is focus on the characterization of paleo-seismic fault zones cross-cutting subducted ophiolitic formation and exhumed on the continent surface, and their comparison with current seismogenic zones. This study is based on a multi-scale approach and involves structural geology, microstructural petrography, mineralogy, geochemistry and geophysics tools. The Alpine Corsica, by the presence of numerous mafic and ultramafic pseudotachylytes (considered as fossils of past earthquakes) can be considered as an ideal study case.The seismic rupture in the Cima di Gratera Nappe is materialized by pseudotachylyte networks parallel or with a steep dipping to the fault separating the mafic and ultramafic units. The fault system is characterized by a top-to-the-west kinematic associated to the Piemonte-Liguria oceanic plate subduction under the Adriatic plate. The mineralogical analyses of the mafic pseudotachylyte microlites indicate a formation under a pressure and temperature conditions of the eclogite metamorphic facies. These conditions are consistent with a depth between 60 and 70 km which correspond to the upper part of the intermediate-depth seismicity zone. The geometry of the fault system was also compared to some geometry observed by the geophysics in the NE Japan subduction zone and at similar depth.It was also highlighted the role of the serpentinization on the seismic / aseismic character of the fault involving the mafic and ultramafic formations. Indeed, frictional melting resulting from the seismic rupture responsible to the pseudotachylyte veins formation was only observed in the case where the fresh peridotite or weakly serpentinized peridotite is in contact with the metagabbro. By opposition, the deformed zones involving the serpentinite and the metagabbro never show any pseudotachylyte and can be considered as aseismic. Considering the thickness and the polyphaser character of the pseudotachylyte networks and their absence in the serpentinite, the peridotite masses can be considered as asperities within the plate itself.

Deux approches nous ont permis d'améliorer la compréhension des modes de convection dans le manteau terrestre. Nous avons étudié expérimentalement les mouvements de fluides visqueux dans une cuve chauffée latéralement et refroidie par le dessus. La convection à petite échelle qui se développe par déstabilisation de la couche limite thermique froide, analogue de la lithosphère océanique, s'organise en présence de l'écoulement cisaillant de la tectonique des plaques. Elle prend alors la forme de rouleaux stationnaires ou de panaches, deux régimes possibles dans le cas de la Terre. L'interaction d'un panache avec la lithosphère a quant à elle été étudiée grâce à une analyse précise des observables géophysiques associées au point chaud d'Hawai'i. L'évolution temporelle des volumes du bombement et des édifices volcaniques met en évidence une importante augmentation de l'activité de ce dernier depuis 30 Ma. Le taux de production magmatique en est le meilleur indicateur.

Cette thèse regroupe deux études distinctes, qui documentent le contrôle des microstructures sur les propriétés sismiques des roches. La première partie traite du développement des orientations préférentielles cristallographiques (OPC) dans le manteau supérieur, associé aux interactions liquide/magma-roche, enregistré dans des xénolites de péridotites du bassin d'arrière-arc de la mer du Japon. Les caractéristiques microstucturales et géochimiques des échantillons étudiés montrent que l'ouverture arrière-arc active est associée à une déformation du manteau supérieure similaire à celle observée dans l'ophiolite d'Oman. L'initiation de l'extension d'arrière-arc n'est pas associée à de fortes interactions entre percolation magmatique et déformation, en comparaison avec les zones de rifting continentales, probablement en raison des taille et durée relativement petites de l'épisode d'ouverture. La seconde partie présente une base de données unique d'OPC de plagioclase de roches mafiques plus ou moins déformées. Les OPC sont classées en 3 types principaux; leurs caractéristiques en fonction du régime de déformation (magmatique ou plastique) sont présentées et discutées. Les propriétés sismiques calculées des roches gabbroiques montrent que l'anisotropie tend à croitre avec l'intensité des fabriques, bien qu'elle soit généralement faible, en raison des effets opposés des olivines/clinopyroxènes et du plagioclase. / This thesis compiles two distinct studies that both document the control of microstructures on rock seismic properties. The first part deals with the development of crystallographic preferred orientations (CPO) in the uppermost mantle associated with melt/fluid-rock interactions, recorded in peridotites xenoliths from the Japan sea back-arc basin. The microstructural and geochemical characteristics of the studied samples reveal that active spreading is associated to uppermost mantle deformation similar to that observed in the Oman ophiolite. At the onset of back-arc spreading, there are no strong interactions between melt percolation and deformation in comparison to continental rift zones, probably due to the relatively small size and short duration of the spreading event. The second part presents a unique database of plagioclase CPO from variously deformed mafic rocks. CPO are grouped in three main types; their characteristics as a function of deformation regime (magmatic or crystal-plastic) are outlined and discussed. Calculated seismic properties of gabbroic rocks show that anisotropy tends to increase as a function of fabric strength, although it is generally weak, due to the competing effect of olivine/clinopyroxene and plagioclase.

Cette thèse concerne l'étude du message magnétique de la lithosphère océanique. Nous nous sommes, dans un premier temps, intéressés à l'évolution du signal magnétique à travers une section de croûte océanique complète et continue des basaltes jusqu'aux gabbros. Le but était de comprendre comment les propriétés magnétiques des roches peuvent nous renseigner sur les conditions d'altération dans la croûte océanique. Nous avons donc établi un jeu de données magnétiques (température de Curie, paramètres d'hystérésis, mesures magnétiques basse température) sur l'ensemble de la section de croûte océanique forée au site IODP 1256D, dans l'océan Pacifique. Ces données sont confrontées aux températures d'altération, établies par thermo barométrie et mettent en évidence une étroite relation entre l'altération des phases magnétiques et les températures d'altération. De plus, des analyses semi-quantitatives et des observations microscopiques (optique, MEB et MET) mettent en évidence un changement de structure cristalline, associée à une perte de titane, permettant la formation d'une phase secondaire, l'hydroschorlomite, dans un intervalle de forte altération des phases magnétiques (entre 670 et 1028 mbsf (meters below sea floor)). Dans un second temps, l'acquisition de profils d'anomalies magnétiques marines de surface et d'un profil d'anomalies de fond " deep tow " à travers le superchron du Crétacé (entre 83 et 120 Ma) nous a permis de tester la stabilité de polarité du champ géomagnétique durant cette période. Nous mettons en évidence la présence d'anomalies magnétiques : des anomalies de courtes longueurs d'onde ou " tiny-wiggles " à travers l'ensemble du superchron et des anomalies magnétiques de plus grande longueur d'onde, assimilables à de courts intervalles de polarité inverse. Nos mesures montrent que le comportement du champ magnétique durant le superchron n'est pas différent des périodes qui le précèdent (chrons M0-M1-M2) et le suivent (chrons 33n et 33r). La définition de superchron doit être remise en question.

Cette thèse concerne l’étude du message magnétique de la lithosphère océanique. Nous nous sommes, dans un premier temps, intéressés à l’évolution du signal magnétique à travers une section de croûte océanique complète et continue des basaltes jusqu’aux gabbros. Le but était de comprendre comment les propriétés magnétiques des roches peuvent nous renseigner sur les conditions d’altération dans la croûte océanique. Nous avons donc établi un jeu de données magnétiques (température de Curie, paramètres d’hystérésis, mesures magnétiques basse température) sur l’ensemble de la section de croûte océanique forée au site IODP 1256D, dans l’océan Pacifique. Ces données sont confrontées aux températures d’altération, établies par thermo barométrie et mettent en évidence une étroite relation entre l’altération des phases magnétiques et les températures d’altération. De plus, des analyses semi-quantitatives et des observations microscopiques (optique, MEB et MET) mettent en évidence un changement de structure cristalline, associée à une perte de titane, permettant la formation d’une phase secondaire, l’hydroschorlomite, dans un intervalle de forte altération des phases magnétiques (entre 670 et 1028 mbsf (meters below sea floor)). Dans un second temps, l’acquisition de profils d’anomalies magnétiques marines de surface et d’un profil d’anomalies de fond « deep tow » à travers le superchron du Crétacé (entre 83 et 120 Ma) nous a permis de tester la stabilité de polarité du champ géomagnétique durant cette période. Nous mettons en évidence la présence d’anomalies magnétiques : des anomalies de courtes longueurs d’onde ou « tiny-wiggles » à travers l’ensemble du superchron et des anomalies magnétiques de plus grande longueur d’onde, assimilables à de courts intervalles de polarité inverse. Nos mesures montrent que le comportement du champ magnétique durant le superchron n’est pas différent des périodes qui le précèdent (chrons M0-M1-M2) et le suivent (chrons 33n et 33r). La définition de superchron doit être remise en question. / So we, in a first part, studied the evolution of the magnetic signal through a section of a, complete and continuous, oceanic crust, from basalts to gabbros. In order to understand how the magnetic properties of rocks can tell us about the conditions of alteration in the oceanic lithosphere, we established a set of magnetic data (Curie temperature, hysteresis parameters, low temperature magnetic measurements) through the entire section of the oceanic crust, drilled at IODP Site 1256D, in the Equatorial Pacific Ocean. These magnetic data are compared to alteration temperatures, determined by thermobarometry (Alt et al., 2010) and show a close relationship between the alteration of the magnetic phases and the alteration temperatures, including the identification of an interval of strong alteration of the titanomagnetites (between 670 and 1028 mbsf (meters below sea floor). In addition, semi quantitative chemical analysis and microscopic observations (optical, SEM and TEM), performed on titanomagnetites, show a change in crystalline structure and a loss of titanium element (Ti4 +) in titanomagnetites to form a secondary phase rich in titanium, in this same interval of strong alteration. In a second part, the acquisition of numerous sea-surface magnetic profiles and a high resolution magnetic profile ("deep tow") through the Cretaceous Normal Superchron (83-120 Ma), allowed us to test the stability of the geomagnetic polarity of the superchron and to highlight the presence of numerous magnetic anomalies: anomalies of short wavelength or "tiny-wiggles” through the entire period and magnetic anomalies of greater length wave, similar to short intervals of reverse polarity. Our measurements show that the behavior of the magnetic field during the superchron is no different from previous periods (chrons M0-M1-M2) and the following magnetic period (chrons 33n and 33R) and the definition of ‘superchron’, long geomagnetic event without inversions, must be questioned