Les mécanismes d’exhumation des roches de haute-pression basse-température (HP-BT) au sein des zones de subduction sont nombreux, complexes et toujours activement débattus. L’étude des zones de subduction fossiles permet alors de mieux comprendre ces mécanismes, montrant notamment que l’exhumation des roches métamorphiques HP-BT est en grande partie accommodée le long de zones de cisaillement ductiles d’échelle crustale. Ce travail de thèse vise à contraindre la géométrie, la cinématique et la durée de l’histoire tectono-métamorphique des roches de HP-BT du complexe de subduction des Schistes Bleus Cycladiques située en Grèce. Un des objectifs est de contraindre, à différentes échelles, le calendrier de la localisation de la déformation au cours de l’exhumation dans le but de mieux comprendre le comportement mécanique des zones de subduction. Trois méthodes principales d’investigation ont été utilisées : i) une étude de terrain permettant de caractériser la géométrie, la cinématique et la distribution de la déformation, montrant notamment une localisation progressive de la déformation vers la base de l’unité des Schistes Bleus Cycladiques au cours de l’exhumation et le long de zones de cisaillement, ii) des outils de pétrologie métamorphique permettant de contraindre l’évolution P-T des roches métamorphiques au sein de la zone de subduction, et iii) des datations ⁴⁰AR/³⁹AR afin de déterminer le calendrier de l’histoire tectono-métamorphique des Schistes Bleus Cycladiques et de la localisation de la déformation au sein de zones de cisaillement d’échelle kilométrique à millimétrique associées à des degrés de rétromorphose variés. Une corrélation nette est clairement observée entre l’intensité de la déformation, le degré de rétromorphose et les âges les plus jeunes. Un des résultats de ce travail est que la préservation à l’affleurement d’éclogites et schistes bleus n’implique pas forcément une exhumation rapide. En effet, nos résultats suggèrent que l’unité des Schistes Bleus Cycladiques a enregistré une histoire d’exhumation longue d’environ 30 Ma. Le taux d’exhumation n’est donc pas le seul paramètre contrôlant le degré de rétromorphose des unités HP-BT, la remontée le long d’un gradient métamorphique froid dans le canal de subduction et la localisation progressive de la déformation ductile au cours de l’exhumation étant également des facteurs majeurs. / Exhumation mechanisms of high-pressure low-temperature (HP-LT) metamorphic rocks in subduction zones are complex and actively discussed. The study of fossilized subduction zones allows a better comprehension of these mechanisms, showing that exhumation of HP-LT rocks is mainly accommodated along crustal-scale ductile shear zones. This study aims at constraining the geometry, the kinematic and the timing of the tectonometamorphic history of the HP-LT Cycladic Blueschist Unit (CBU) cropping out in Greece. A main objective is to constrain the timing of strain localization at different scales during exhumation to better understand the mechanical behaviour of subduction zones. Three principal methods of investigation have been used, including i) a structural fieldwork that allows to characterize the geometry, the kinematic and the distribution of deformations, highlighting progressive strain localization during exhumation toward the base of the CBU and along shear zones, ii) a metamorphic petrology study aiming at determining the P-T evolution of the CBU, and iii) ⁴⁰AR/³⁹AR dating used to constrain the timing of the tectonometamorphic evolution of the CBU and the timing of strain localization within kilometre- to millimetre-scale shear zones showing different degrees of retrogression. We observe an obvious correlation between the intensity of finite deformation, the degree of retrogression and youngest mica ages. A major result of this thesis work is that the preservation of eclogite and blueschist-facies rocks does not necessarily imply fast exhumation rates. Our results instead suggest that the exhumation history of the CBU is relatively long, spanning over ca. 30 Ma. Consequently, it appears that the exhumation rate is not the main parameter controlling the degree of retrogression of HP-LT metamorphic rocks in the CBU compared to progressive strain localization during exhumation along a cold retrograde P-T evolution within the subduction channel.

La localisation des déformations sous forme de bandes de cisaillement dans des roches tendres et des sols indurés est étudiée par une approche expérimentale et théorique :<br /><br />L'étude expérimentale porte sur trois matériaux de caractéristiques différentes : un grès des Vosges, une siltite du Gard et une marne tendre de Beaucaire. On décrit d'abord la mise en opération d'une cellule triaxiale à haute pression et le développement d'une instrumentation de mesure des déformations. On présente ensuite une campagne d'essai sur un grès des Vosges jusqu'à des confinements de 60 MPa. L'étude concerne le comportement homogène de la roche sur des chemins de compression, extension et isotropes, la détection de la localisation, la caractérisation des structures localisées par une observation macroscopique, des mesures tomodensitométriques et une analyse microstructurale quantitative. Sur une siltite du Gard, plus raide que le grès, une étude de l'évolution de la fracturation de l'initiation jusqu'à la ruine de l'éprouvette est menée en utilisant la stéréophotogrammétrie de faux relief. Pour la marne de Beaucaire, le comportement normalement consolidé est exploré en réalisant des mesures de perméabilité au cours de la déformation, en régime isotrope ou déviatoire.<br /><br />L'étude théorique présente la nouvelle loi CloE Roche développée spécifiquement pour les roches tendres à partir du modèle de lois incrémentales non-linéaires hypoplastiques CloE. Elle prend en compte une dépendance du comportement en volume vis-à-vis de la contrainte moyenne. L'identification de la loi est réalisée sur le grès des Vosges. Une analyse paramétrique d'un critère explicite de bifurcation en mode localisé prévoyant le moment d'apparition et l'inclinaison des bandes de cisaillement est réalisée pour obtenir un calage des résultats théoriques de bifurcation sur les expériences. Cette démarche illustre l'esprit de la loi, qui considère les observations de localisation comme un élément de calage de ses paramètres.