Le massif de l'Agly a subit un métamorphisme hercynien haute température – basse pression dont le gradient apparent est comparable à celui des zones volcaniques actuelles (120°C.km-1). Ce gradient anormal a donné lieu à plusieurs hypothèses (i) des déformations structurales (amincissement crustal, délamination), (ii) un apport thermique (activité magmatique).Les affleurements du massif de l'Agly permettent l'observation d'une succession sans hiatus apparent des faciès métamorphiques de schistes verts à granulites. Le socle est constitué de gneiss précambriens et d'orthogneiss cambriens. En discordance sur le socle repose une couverture de sédiments paléozoïques. De nombreux granitoïdes tardi-carbonifère se sont mis en place à dans le massif.Nous avons actualisé les données thermobarométrique selon deux approches (la modélisation thermodynamique NKFMASHTL et des calibrations thermobarométrique). Les résultats barométriques indiquent une pression maximale de 4,5 ± 0,5 kbar pour les terrains les plus profonds et un hiatus de l’ordre de 1,5 kbar entre socle et couverture. Le pic du métamorphisme est suivi par des réactions correspondant à une décompression.Une modélisation thermique de la conduction de sills nous a permis de tester l'effet de différents paramètres : conductivité, capacité calorifique ; géotherme initial ; épaisseur de la croûte ; réactions métamorphiques ; fréquence, géométrie, température et profondeur d'injection des sills. Un amincissement crustal ou un apport de chaleur mantellique purement conductif ne sont pas suffisant, sans la mise en place de sills à une profondeur équivalente à celle du haut du socle, pour expliquer les observations. / The Agly massif undergone a high temperature - low pressure metamorphism which shows an apparent thermal gradient comparable to that of present-day volcanic zones (120°C.km-1). Such abnormal thermal gradients have given way to various hypotheses, including structural deformations (crustal thinning, delamination), or heat input due to a magmatic activity.The outcrops through the Agly massif allow the study of an apparently hiatus-free succession of metamorphic facies ranging from greenschists to granulites. The massif is composed of a basement of precambrian gneisses and cambrian orthogneisses. The basement is unconformably overlain by a paleozoïc sedimentary cover. The late-Carboniferous granitoïds, associated to mafic intrusions, are observed at all levels.We have used thermodynamic modelling and thermobarometric calibrations to revisited the thermobarometric data for both cover and basement rocks. Both methods provide consistent barometric results, 4,5 ± 0,5 kbar for the deepest parts of the massif and a hiatus in the range of 1,5 kbar between the basement and the cover. Post-peak reactions correspond to a decompression. A conductive thermal modelling of sills injection allow us to test the influence of various parameters on the heat flow through the crust modeled : thermal conductivity and heat capacity ; initial geotherm ; crust thickness ; metamorphic reactions ; timing, geometry, temperature and depth of sill injection. Crustal delamination, thinning or magma emplacement in the lower crust cannot reproduce the observed HT-LP metamorphic conditions, unless associated with magma injection at the depth corresponding to the one of the top of the Agly basement.

Cette thèse présente une analyse structurale et thermique des marges passives crétacées inversées dans la Zone Nord Pyrénéenne (ZNP). L'application du paléothermomètre RSCM (spectrométrie Raman de la matière carbonée) sur plus de cent échantillons répartis à travers la ZNP permet de préciser l'évolution thermique de la déchirure continentale. Un métamorphisme de haute température (450 à >600°C) se développe particulièrement au droit de zones ou la croûte continentale est extrêmement amincie voire éliminée. Les sédiments pré- et syn-rift sont marqués par une intense déformation ductile. L'analyse à l'EBSD des fabriques minérales indique une déformation de Haute-température contemporaine du métamorphisme HT-BP. Les conditions de mise en place crustale des péridotites et leur exhumation localisée sont examinées dans les localités d'Urdach, Saraillé-Tos de la Coustette, Moncaup, Lherz, Caussou-Bestiac et Salvezines. Les résultats indiquent un boudinage de la croûte continentale au cours du processus de rifting. Des décollements de couverture, principalement localisés dans les évaporites triasiques conduisent à la superposition directe des sédiments pré-rift sur le manteau exhumé. La notion nouvelle de soutirage crustal est introduite pour désigner ce processus dans lequel l'écoulement gravitaire ne joue pas un rôle principal. La caractérisation sédimentologique, pétrographique et isotopique (O et C) des différentes formations de brèches et ophicalcites observées à proximité des corps de péridotites permet de reconstituer les étapes de l'exhumation du manteau en pied de marge. Enfin de nouvelles datations permettent de mieux contraindre le calendrier des évènements successifs.

Depuis au moins 540 Ma deux grands systèmes de subduction coexistent sur Terre : d'une part, les systèmes de subduction-collision (chaînes Hercynienne, Himalayenne ou Alpine) et d'autre part, les systèmes de subduction de type péri-pacifique. Pour ces derniers, l'avant-arc constitue une zone clef pour retracer l'évolution de la subduction au cours du temps. En effet ces zones au contact avec le slab peuvent enregistrer des événements tectoniques et/ou des conditions métamorphiques variées (e.g. formation de " paired metamorphic belts "), qui sont autant d'indicateurs du contexte géodynamique. Le massif métamorphique de El Oro en Equateur est un exemple exeptionnel où une section complète et basculée de l'avant-arc Triasique est préservée. L'ensemble est constitué d'une série métasédimentaire de bas à haut grade métamorphique intrudée par des granitoïdes de type S, juxtaposé avec un laccolithe gabbroïque et des schistes bleus. Ce travail de thèse s'est concentré sur l'étude du métamorphisme de haute-température basse-pression et ses relations les schistes bleu. Afin de contraindre l'événement tectono-métamorphique affectant l'avant-arc Equatorien au Trias et la formation d'une "paired metamorphic belt", nous avons utilisé des outils structuraux, métamorphiques, géochimiques, géochronologiques et de modélisation thermique. Nos résultats montrent que durant cette période l'avant-arc Equatorien connait un intense épisode de fusion partielle en régime extensif. La base de la croûte est migmatisée sur une épaisseur de 10km. Les estimations Pression-Température indiquent que les conditions de fusion partielle varient de 4.5 kbar et 650°C pour la partie supérieure métaxitique et jusqu'à 7.5 kbar et 720°C pour la partie inférieure diatexitique. La gradient géothermique inféré est divisé en deux segments : un segment supérieur caractérisé par un gradient de 40°C/km et un segment inférieur caractérisé par un gradient quasi-isothermique. L'absence de paragénèse de ultra-haute température est attribuée à la grande fertilité du protolithe métasédimentaire. Les résultats géochimiques montrent que les plutons granodioritiques sont issus d'un mélange entre : (1) les liquides de fusion partielle produit par la réaction de deshydration de la muscovite des métasédiments et (2) un magma basique. Les âges U-Pb sur zircons et monazites révèlent que l'événement anatectique fût bref entre 229 et 225 Ma. La source de chaleur à l'origine de l'événement thermique est attribuée à la mise en place d'un pluton gabbroïque à ~ 230 Ma en base de croûte. Successivement, se sous-plaque les schistes-bleu refroidissant rapidement l'avant-arc. L'événement anatectique observé dans le massif de El Oro au Trias s'insrit à plus grande échelle au sein d'une large anomalie thermique affectant l'ensemble du continent sud Américain entre 260 et 220 Ma. Durant cette période la marge est un soumise à un régime extensif accompagné d'un important magmatisme d'origine crustal, principalement en position d'arc et d'avant-arc. Nous attribuons cette anomalie thermique d'ampleur continental à une "avalanche mantellique". A la lumière du contexte géodynamique globale nous inteprétons la formation de la paired metamorphic belt de El Oro à la rupture du slab.

Depuis au moins 540 Ma deux grands systèmes de subduction coexistent sur Terre : d'une part, les systèmes de subduction-collision (chaînes Hercynienne, Himalayenne ou Alpine) et d'autre part, les systèmes de subduction de type péri-pacifique. Pour ces derniers, l'avant-arc constitue une zone clef pour retracer l'évolution de la subduction au cours du temps. En effet ces zones au contact avec le slab peuvent enregistrer des événements tectoniques et/ou des conditions métamorphiques variées (e.g. formation de « paired metamorphic belts »), qui sont autant d'indicateurs du contexte géodynamique. Le massif métamorphique de El Oro en Equateur est un exemple exeptionnel où une section complète et basculée de l'avant-arc Triasique est préservée. L'ensemble est constitué d'une série métasédimentaire de bas à haut grade métamorphique intrudée par des granitoïdes de type S, juxtaposé avec un laccolithe gabbroïque et des schistes bleus. Ce travail de thèse s'est concentré sur l'étude du métamorphisme de haute-température basse-pression et ses relations les schistes bleu. Afin de contraindre l'événement tectono-métamorphique affectant l'avant-arc Equatorien au Trias et la formation d'une "paired metamorphic belt", nous avons utilisé des outils structuraux, métamorphiques, géochimiques, géochronologiques et de modélisation thermique. Nos résultats montrent que durant cette période l'avant-arc Equatorien connait un intense épisode de fusion partielle en régime extensif. La base de la croûte est migmatisée sur une épaisseur de 10km. Les estimations Pression-Température indiquent que les conditions de fusion partielle varient de 4.5 kbar et 650°C pour la partie supérieure métaxitique et jusqu'à 7.5 kbar et 720°C pour la partie inférieure diatexitique. La gradient géothermique inféré est divisé en deux segments : un segment supérieur caractérisé par un gradient de 40°C/km et un segment inférieur caractérisé par un gradient quasi-isothermique. L'absence de paragénèse de ultra-haute température est attribuée à la grande fertilité du protolithe métasédimentaire. Les résultats géochimiques montrent que les plutons granodioritiques sont issus d'un mélange entre : (1) les liquides de fusion partielle produit par la réaction de deshydration de la muscovite des métasédiments et (2) un magma basique. Les âges U-Pb sur zircons et monazites révèlent que l'événement anatectique fût bref entre 229 et 225 Ma. La source de chaleur à l'origine de l'événement thermique est attribuée à la mise en place d'un pluton gabbroïque à ~ 230 Ma en base de croûte. Successivement, se sous-plaque les schistes-bleu refroidissant rapidement l'avant-arc. L'événement anatectique observé dans le massif de El Oro au Trias s'insrit à plus grande échelle au sein d'une large anomalie thermique affectant l'ensemble du continent sud Américain entre 260 et 220 Ma. Durant cette période la marge est un soumise à un régime extensif accompagné d'un important magmatisme d'origine crustal, principalement en position d'arc et d'avant-arc. Nous attribuons cette anomalie thermique d'ampleur continental à une "avalanche mantellique". A la lumière du contexte géodynamique globale nous inteprétons la formation de la paired metamorphic belt de El Oro à la rupture du slab. / Since about 540 Ma, two subductions systems co-exist on Earth: the subduction-collision systems (Hercynian, Himalayan or Alpin belts) and the circum-pacific subduction system. For the last the forearc region constitutes a key zone to understand the dynamic of the subduction. Indeed the forearc region in contact with the slab may records various tectonics events and/or metamorphic conditions (e.g. formation of paired metamorphic belt). Theses geological records are direct evidences of the linked geodynamical context. The El Oro metamorphic complex in Ecuador is a unique example where a whole Triassic forearc section is tilted and well preserved. The complex is made of low to high grade metasedimentary rocks intruded by S-type granitoids, juxtaposed with gabbroic rocks and blueschists. This study is focused on the high-temperature metamorphism and its retionaships with the high-pressure metamorphism. In order to constrain the tectono-metamorphic affecting the forearc region and the formation of a paired metamorphic belt we used strutural, metamorphic, geochemical, geochronological and themal modeling studies. Our results show that during Triassic times the Ecuadorian forearc underwent a strong episode of partial melting in extentional context. The migmatized part of crust is 10 km thick. Pressure-Temperature estimates indicate that partial melting started at 4.5 kbar and 650°C for the upper metatexitic part until 7.5 kbar and 720 °C for the lower diatexitic part. The resulting geothermal gradient exhibits two parts: an upper part caracteristed by a thermal gradient of 40°C/km and a lower part caractérized by a near-adiabatic gradient. The absence of ultra-high tempetature paragenesis is attributed to the high fertility of the metasedimentary protolith. Geochemical results show that granodiorite made of a miwing between: (1) the melt extacted under muscovite dehydration melting and (2) a basic magma. U-Pb ages on zircon and monazite reveal that the anatectic event was short, between 229 and 225 Ma. The origin of the thermal anomaly is attributed to the emplacement of the gabbroic plutonic unit at ~230 at root level. Successively, the blueschites are underplating triggering a strong coolng of the forearc region. The anatectic recorded in the El Oro metamorphic complex at Triassic times is part of a larger thermal anomaly affecting the whole south american margin between 260 and 220 Ma. During this period the margin is under extentional conditions and exhibit a strong S-type magmatic activity. This magmatism is mainly located in arc and forearc position. We attribute this large-scale thermal anomaly to slab fall in the lower mantle. In the light of the geodynamical context, we suggest that the formation of the El Oro paired metamorphic belt is related to slab breakoff.

Les mécanismes extensifs, matérialisés physiquement sous la forme de rifts ou de marges passives, impliquent des interactions entre les processus tectoniques, sédimentaires et métamorphiques, particulièrement quand ils sont associés à un métamorphisme de haute température. L'étude de ces mécanismes ne peut donc se faire correctement que par une approche triple afin de cerner ces différents aspects et de contraindre les interactions qui les relient. Une telle étude est difficile du fait de la profondeur à laquelle ont lieu ces mécanismes et donc de l'absence d'observation directe des objets géologiques qu'ils produisent. L'alternative consiste à étudier une paléo marge passive portée à l'affleurement. Dans le cadre de cette thèse, notre choix s'est porté sur la Zone Nord Pyrénéenne qui correspond à une paléo-marge passive mésozoïque qui a été mise à l'affleurement lors de la compression pyrénéenne à l'Éocène/Oligocène (40-20 Ma). Cette marge a subi une métamorphise HT/BP et constitue donc un bon analogue pour notre étude. Nous nous sommes concentrés en particulier sur la partie Est de la ZNP, dans la région du massif de l'Agly qui rassemble les bassins de Saint Paul-de-Fenouillet, du Bas-Agly et de Boucheville qui ont enregistré différentes intensités du métamorphisme. Le bassin de Boucheville étant le moins bien documenté mais ayant enregistré le métamorphisme le plus important, nous nous sommes attachés à le caractériser en détail. Nous avons effectué une étude structurale, stratigraphique et sédimentaire de ces trois bassins afin de bien contraindre leur géométrie et leur histoire. Nous avons couplé cette étude avec des analyses du métamorphisme, principalement par des mesures par spectrométrie Raman des températures maximum enregistrées lors de l'extension crétacée. Enfin, nous avons combiné ces résultats afin de produire des coupes restaurées de l'ensemble de notre zone d'étude. Ces coupes restaurées nous ont permis de proposer un modèle de la mise en place des bassins sédimentaires mésozoïques dans la partie orientale de la ZNP. Il apparaît au premier ordre que la zone est constituée, sur une coupe N-S, par un haut fond topographique constitué du futur massif de l'Agly, limité au nord par un détachement à vergence nord et au sud par un détachement à vergence sud. De part et d'autre de ce haut fond se mettent en place des bassins sédimentaires présentant une augmentation de l'épaisseur des dépôts au droit de ces détachements. Au seconde ordre, il faut considérer que le système n'est pas cylindrique et que le massif de l'Agly se comporte comme une zone de transfert entre une subsidence forte au nord-est dans le bassin du Bas-Agly et une subsidence forte au sud-ouest dans le bassin de Boucheville. / Extensive mechanisms induce interactions between tectonic, sedimentary and metamorphic processes, especially when they are associated with a high temperature metamorphism. Therefore, the study of these mechanisms requires a threefold approach in order to identify these processes and understand the interactions between them. Such study is hardened because of the depth of these mechanisms and the lack of direct observation. To overcome such difficulties we chose to study a paleo passive margin now visible thanks to many outcrops. For this thesis, we focused on the North Pyrenean Zone (NPZ) which happens to be a Mesozoic passive margin which outcroped during Eocene / Oligocene (40-20 Ma) Pyrenean compression. This margin recorded HT / LP metamorphism which makes it a good analogue for our study. We focused on the eastern part of the NPZ, in the Agly Massif area where are located the Saint Paul-de-Fenouillet basin, the bas-Agly basin and the Boucheville basin all of which recorded different intensity of metamorphism. The Boucheville basin is the worst documented but recorded the most metamorphism which is why we decided to study it in detail. We undergone a structural, stratigraphic and sedimentary analysis of these three basins in order to better understand their geometry and geological history. We combined this study with metamorphism analyzes mainly provided by Raman spectrometry on maximum temperatures recorded during Cretaceous extension. Finally, we synthetised these results to produce restored cross sections of our study area. Those cross sections allowed us to suggest a model for Mesozoic sedimentary basin formation in the eastern part of the NPZ. Considering first order analysis, on a N-S cross section, the area made of a shoal,the future Agly Massif. It is bordered on its northern side by a north verging detachment fault and on its southern by a south verging detachment fault. On both sides of this shoal are sedimentary basins much thicker towards these detachment faults. However, we must consider the system is not cylindrical. The Agly Massif acts as a transfer zone between two highly subsident basins, the Bas-Agly basin at its north-east and the Boucheville basin at its south-west.

Les ressources géothermales de haute température se localisent principalement le long des zones de subduction. Considérée comme amagmatique, la Province géothermale du Menderes (Turquie) offre l’opportunité d’étudier des systèmes géothermaux sans nécessairement invoquer une source de chaleur magmatique dans les premiers kilomètres de la croûte. Cette étude montre que les températures anormalement élevées dans la zone d’arrière-arcs sont principalement liées à la dynamique particulière de la subduction est-méditerranéenne (i.e. retrait et déchirure). Les résultats de modèles numériques suggèrent que le shear heating et les flux mantelliques modifient temporairement la quantité du flux de chaleur à la base de croûte. Par ailleurs, des études de terrain sur l’ensemble de la région (Cyclades, Dodécanèse et Anatolie occidentale) montrent une évolution tectonique et thermique similaire depuis le Crétacé, marquée minéralogiquement par une succession d’épisodes de HP-BT puis de HT-BP. Toutefois, l’apport des données TRSCM et radiochronométriques (⁴⁰Ar-³⁹Ar, U-Pb) souligne un évènement thermique majeur contemporain à la mise en place du dôme métamorphique du Menderes. Cet événement que l’on explique par un changement drastique de la dynamique de subduction (i.e. déchirure du panneau plongeant sous le Massif du Menderes), se développe au Miocène. Des structures d’échelle crustale (i.e. détachements)accommodent la mise en place du Massif du Menderes et contrôlent la circulation des fluides dans la croûte, depuis la zone de transition fragile-ductile jusqu’à la surface, sans nécessairement impliquer la contribution de systèmes magmatiques dans la croûte supérieure. La Province géothermale du Menderes est considérée comme une province de haute température de taille mondiale car elle résulte de la dynamique de subduction qui contrôle spatialement et temporellement l’intensité de l’anomalie thermique mais également la mise en place de structures perméables(détachements) d’échelle crustale favorisant la circulation des fluides. / High temperature geothermal resources are mainly located along subduction zones. The Menderes geothermal Province (Turkey) offers the opportunity to study amagmatic geothermal systems, without necessarily invoking a magmatic heat source in the upper crust. This study shows that high temperatures in the back-arc domain are primarily related to subduction dynamics (i.e. rollback and tearing). Numerical models suggest that shear heating and mantle flows increase temporarily the amount of heat flow at the base of the crust. Furthermore, field studies on the entire Aegean region (Cyclades, Dodecanese and Western Anatolia) show a similar tectonic and thermal evolution since the Cretaceous, characterized by a succession of episodes of HP-LT and HT-LP metamorphism. Moreover, the contribution of TRSCM and radiochronometric data (⁴⁰Ar-³⁹Ar, U-Pb) reveals the formation of a largethermal pulse contemporaneous with the exhumation of the Menderes MCC. This event occurs in the Miocene and may be explained by a drastic change in subduction dynamics (i.e. slab tearing under the Menderes Massif).Crustal-scale structures (i.e. detachments) induce the emplacement of the Menderes MCC, and also control deep fluids circulation in the crust from brittle-ductile transition zone to the surface without magmatic contribution inthe upper crust. As a consequence, the Menderes geothermal Province is recognized as a most important active geothermal province in the world because it results from subduction dynamics. This dynamics thus controls thespatial and temporal distribution of thermal anomaly and extension, inducing crustal-scale permeable structures(detachments) that enhance fluids circulation.

La compréhension des processus et des modalités de l’inversion des systèmes extensifs et plus particulièrement les domaines de marges amincies, dans les chaines de collision est un enjeu majeur. La chaîne intracontinentale des Pyrénées constitue un exemple d’inversion de marges passives hyper-amincies, associées à un métamorphisme HT-BP et intégrées dans le prisme orogénique. La première partie de cette étude est centrée sur l’étude de la répartition du métamorphisme HT-BP associé à la phase de rifting et de l’exhumation du manteau lithosphérique. L’apport des données de TRSCM a permis, dans un premier temps, de définir l’enveloppe de la ZIM caractérisée par des températures comprises entre 400 et 630°C à l’échelle de l’ensemble de la chaîne et de montrer qu’il n’existe pas de gradient significatif des températures maximales à cette échelle. Dans un second temps, cette étude a permis de mettre en évidence des sauts de température importants au travers de failles majeures et de distinguer des gradients de températures latéraux à l’échelle des différents bassins constituant la ZIM, en particulier dans l’ouest de la chaîne sur l’exemple de la Nappe de Marbres. Cette partie de l’étude montre également l’importance d’une tectonique salifère antérieure au métamorphisme de HT-BP. La seconde partie de cette étude, concernant la structure de la ZIM met en évidence trois phases de déformation, associées à l’orogenèse pyrénéenne ainsi que le rôle du niveau de décollement des évaporites du Trias supérieur dans l’allochtonie généralisée de la ZIM. De plus, les failles majeures observées dans la ZNP, montrent un mouvement inverse avec une composante décrochante sénestre. L’interprétation de l’ensemble de ces résultats suggère que la ZIM et la ZNP ne forme qu’une seule unité découplée du socle varisque au niveau du Trias supérieur et déplacée par des chevauchements plats issus de l’héritage extensif, lors du début de la convergence. Le mode de déformation est alors de type thin-skinned, puis devient, lors de la collision des deux paléomarges, de type thick-skinned, avec le développement de faille majeures associées à l’exhumation des blocs de socle (Massifs Nord-Pyrénéens) qui ont découpé l’ensemble de la ZIM. / The understanding of the processes and scenarios of the inversion of extensional systems, and more specifically of hyper-extended margins, in collision thrust belts is a major issue. The intracontinental belt of the Pyrenees is an example of inversion of hyper-extended margins, associated with a HT-LP metamorphism and then integrated within the orogenic wedge. The first part of this study is focused on the distribution of the HT-LP metamorphism associated with rifting and the exhumation of lithospheric mantle. A new set of TRSCM data allows the recognition of the geometry of the IMZ, characterized with temperature ranging from 400 to 630°C and shows the absence of a regional gradient at this scale. This study then shows significant temperature gaps across major faults and distinguishes lateral temperature gradients at the scale of the different basins constituting the IMZ, especially in the westernmost part of the belt, in the Nappe des Marbres Basin. This part of the study moreover shows the importance of a salt tectonics prior to the HT-LP metamorphism. The second part shows the existence of three main tectonics phases during the Pyrenean orogeny and the role played by the Late Triassic evaporites as a decollement level in the generalized allochthony of the IMZ. A left-lateral component along the main faults within and along the boundaries of the North Pyrenean Zone (ZNP) is also shown. The interpretation of these observations is that the IMZ and ZNP form a single tectonic unit, decoupled from the Variscan basement by the decollement in the Late Triassic deposits and displaced above shallow-dipping thrust faults inherited from the rifting episode, during the first stages of the convergence. Deformation mode is then thin-skinned and becomes thick-skinned when the two paleomargins collide, with the development of major steeper faults linked with the exhumation of basement blocks (North Pyrenean Massifs) that dissected the IMZ.