L'évolution d'une zone de subduction est reliée aux transformations pétrologiques de la plaque plongeante et à leurs cinétiques. Plusieurs exemples illustrant cette relation ont été étudiés expérimentalement, à l'aide des techniques de HP-HT (presse large volume, cellule à enclumes de diamant chauffage laser) et de la diffraction de rayons X in situ source synchrotron. (i) La vitesse de transformation de la coésite vers son polymorphe de basse pression, le quartz, a été déterminée. Cette cinétique de rétromorphose permet de discuter les modalités de préservation de la coésite lors de son retour vers la surface, et par là les processus tectoniques à l'origine de l'exhumation des roches de ultra-haute pression. L'utilisation du taux de rétromorphose de coésites naturelles pour la modélisation des chemins P-T-t d'exhumation est discutée. (ii) La déstabilisation de l'antigorite (serpentine), dans des conditions de faible activité d'H2O, libère des fluides à une vitesse de 10-6 à 10-8 m3fluide.m-3roche.s-1. Ces taux de production de fluides seraient susceptibles d'occasionner une augmentation de la pression de fluides et une hydrofracture de la matrice rocheuse. La déshydratation de l'antigorite pourrait ainsi expliquer la séismicité du plan inférieur des zones à doubles plans de Bénioff. (iii) L'assemblage minéralogique d'un basalte de ride médio-océanique (MORB) dans le manteau inférieur est constitué majoritairement de Mg-pérovskite, Ca-pérovskite et stishovite. De 800 à 1150 km de profondeur, deux phases alumineuses sont présentes, l'une de structure calcium ferrite et l'autre nommée "new aluminum phase" (NAL), et représentent 20% pds de l'assemblage. A ~1200 km, la phase NAL disparaît alors que toutes les autres phases restent stables jusqu'à 1400 km au moins. De 800 à 1400 km, la densité de la croûte océanique à l'équilibre thermique est plus élevée que celle du manteau environnant. En outre, la disparition de la NAL conduit à un saut de densité de +1% qui pourrait être responsable de réflecteurs sismiques profonds observés dans les zones de subduction péri-Pacifique. (iv) Enfin, des investigations sur l'analyse chimique à l'échelle sub-micronique d'échantillons de pétrologie expérimentale par sonde ionique nanoSIMS sont présentées.

Les buts de cette thèse sont (1) de déterminer si les âges modèles en Nd obtenus sur des terrains protérozoïques migmatisés correspondent réellement à l'âge d'extraction du magma de sa source mantellique (exemple du Limpopo Belt en Afrique du Sud) et (2) de comparer les âges Sm-Nd sur grenat et les âges U-Pb sur zircon déterminés sur des éclogites (exemple du Dabieshan en Chine Centrale). La Zone Centrale du Limpopo Belt est constituée principalement d'orthogneiss et de paragneiss. Elle a subi un métamorphisme granulitique suivi par des conditions métamorphiques de décompression à 2.0 Ga (trajectoire pression et température dans le sens horaire). Nous avons effectué des analyses isotopiques en Sm-Nd et U-Pb combinées aux analyses en éléments majeurs et traces sur trois examples de migmatites formées à 2.0 Ga afin d'étudier le fractionnement chimique et isotopique qui pourrait avoir lieu au cours de la migmatisation. La fusion partielle selon la réaction de déhydratation de la biotite met en exergue des comportements différents du système isotopique Sm-Nd dans les métagreywackes et dans les métapélites. Dans le premier cas, l'équilibre chimique et l'homogénéisation isotopique en Nd n'ont pas été achevés à cause de la fusion incongruente du plagioclase et de l'influence des minéraux accessoires sur la composition chimique des liquides. Il est démontré que la monazite est préférentiellement entraînée dans les leucosomes plutôt que l'apatite, provoquant ainsi la domination de la composition chimique de la monazite sur celles des liquides. De plus, la composition isotopique en Nd non-radiogénique de ce minéral accessoire domine celle du leucosome. Ainsi, les âges modèles en Nd des leucosomes sont jusqu'à 400 Ma plus vieux que ceux obtenus sur les paléosomes. Les âges modèles en Nd obtenus sur ces roches ne peuvent donc pas être uti lisés comme âge de formation de la croûte continentale en Afrique du Sud. Dans le cas des métapelites, la fusion incongruente du plagioclase a influencé la distribution des éléments majeurs, des Larges Ion Lithophi le Element ainsi que des Rare Earth Efement entre les paléosomes et les leucosomes. L'échange isotopique -en Nd entre les différents composants migmatitiques a été pratiquement atteint, au contraire des isotopes du Pb qui ne montrent qu'une homogénéisation partielle. Cependant, deux leucosomes à grenat présentent des compositions isotopiques en Sm-Nd et U-Pb supérieures aux autres composants migmatitiques. Ceci suggère qu'en règle générale les minéraux accessoires ont été chimiquement et isotopiquement équilibrés avec les leucosomes et les paléosomes. De ce fait, les âges modèles en Nd calculés sur les paléosomes et les leucosomes représentent des âges significatifs pour la formation de la croûte continentale dans la Zone Centrale du Limpopo Belt. Le dernier exemple est un orthogneiss migmatitique qui s'est formé par ségrégation métamorphique à des conditions subsolidus. La distribution des éléments majeurs et traces est directement proportionnelle à la quantité de chaque minéraux formant les composants migmatitiques. L'échange __ _ ___ _ isotopique en Pb a été achevé comme le montre l'isochrone en Pb-Pb sur les roches -:_~~ totales à 2.0 Ga. De plus, les caractéristiques géochimiques associées à une modélisation de la distribution des REE indiquent que le système est resté clos à - -----l'échelle de la roche totale durant le processus de migmatisation .. Ainsi, la composition isotopique en Nd du protolithe a pu être déterminée grâce à l'équation de conservation de masse et peut être utilisée pour défini~ l'âge de la formation de la croûte continentale. Le terrain Métamorphique de Ultra-Haute Pression (UHPM) du Dabieshan ______ est caractérisé par la présence de coésite et de quartz pseudomorphe dans les éclogites de composition basaltique mais aussi dans les roches d'origine sédimentaire. Les Isochrones en Sm-Nd sur grenat-omphacite-roche totale des éclogites à coésite du Massif de Bixiling donnent des âges variant entre 210 ± 9 Ma et 218 ± 4 Ma, très similaires aux âges U-Pb sur zircon à 218.4 ± 1.8 Ma et 218.4 ± 2.5 Ma (Ames et al., 1995). De plus, une isochrone Sm-Nd sur grenat-disthène-roche totale d'une éclogite rétromorphosée donne un âge à 231 ± 35 Ma en accord avec un âge à 233 ± 21 Ma (intercepte bas dans le diagramme concordia). Nous avons (:lffectué des datations par les méthodes Rb-Sr et Ar-Ar sur des phengites et des biotites de l'encaissant des éclogites à coésite de Bixiling. Les âges varient entre 198 ± 4 Ma et 212 ± 2 Ma recouvrant les âges précedemment obtenus par Sm-Nd sur les éclogites à coésite. Par conséquent, les âges Sm-Nd sur grenat sont en accord avec les âges U-Pb sur zircon et montrent que les gneiss quartzo-feldspathiques ont subi un événement métamorphique à -210 Ma comme les éclogites. L'homogénéisation isotopique en Nd entre les différents minéraux semblent être atteinte à l'âge du métamorphisme.

La Sierra Nevada de Santa Marta (SNSM) est peut-être Le massif de la croûte terrestre le plus complexe trouvé dans les Andes du Nord. Sa situation unique comme un massif triangulaire isolé segmenté de la continuité de 7000 km de long Andes montagne comme la dernière position devant les domaines de la plaque des Caraïbes plus jeune, place la SNSM comme une île séparée de toutes les chaînes de montagnes environnantes de la marge continentale. Un relief important caractérise cette montagne atteint l'altitude la plus élevée dans le domaine des Caraïbes entière à 5750 m, et de définir, la SNSM comme le plus grand chaîne de montagnes côtières dans le monde. La SNSM est une caractéristique géologique unique un remarquable que les récifs coralliens Etreintes biodiversité de SES dans les forêts tropicales qui passent d'auge fortement végétalisées la mer des Caraïbes, les forêts de haute nuage, et bruyères, jusqu'à ce que, son magnifique sommet couronné par les glaciers.Par sa position sur la marge nord - ouest de l' Amérique du Sud l'étude de la SNSM donne l'occasion de résoudre des questions importantes sur l'évolution des cycles super-continentales depuis les temps Grenvilliens par l'orogenèse Neoproterozoic Pan-Africain, l'orogenèse Paléozoïque tardif Ouachitan-Appalaches cela a conduit Pangaea assemblée, et Trias Pangaea débâcle suivie par la Rift Atlantique Jurassique centrale et plus récemment par le début de la plaque des Caraïbes accrétion / subduction depuis le Crétacé tardif contre le nord - ouest en Amérique du Sud.Je tenté de démêler l'histoire géologique de la Sierra Nevada de Santa Marta Massif utilisant les plus avancées en géochronologiques, thermochronologiques, géochimiques et isotopiques techniques qui a permis de recueillir une quantité importante de nouvelles données à ajouter à la base de données existante sur la SNSM. Nos résultats comprennent une carte géologique réévaluée 1: 25000, qui comprend la définition de quatre nouvelles unités stratigraphiques, Accompagné de deux sections crustales sur 320 km de longueur ce disséquer le massif, et 8 sections parallèles à l'angle nord - ouest de le ceinture métamorphique de la SNSM. L'ensemble des données géochimiques et isotopiques comprend: i) 17 roches ignées et métamorphiques et six échantillons détritiques datés par ablation laser induite par couplage plasma spectrométrie de masse (LA-ICP-MS) U-Pb zircon géochronologie qui a abouti à 2790 nouvelles dates et in-situ analyse des oligo - élément, ii) 16 roches ignées et métamorphiques qui a donné 31 nouveaux âges thermochronometriques: 12 âgés du traces de fission en zircon 11 âges du traces de fission des apatites et 7 âges (U-Th) / He dans les apatites, iii) Géochimie de la roche entière à partir de 10 échantillons et iv) analyses à la microsonde chimie minérale et cartes x-ray de quatre échantillons a donné aux grenats zonées et péritectiques. Elles ont été données acquises à partir des unités du complex métamorphique nord - ouest du massif SNSM. Avec ces données, nous enquêté i) Les unités sont conformes à la SNSM ce ceintures métamorphiques, de leurs relations chronologiques et stratigraphiques du Précambrien à l'Eocène; ii) Le laps de temps et les conditions P-T du l’événement métamorphique Paléozoïque tardif à Mésozoïque précoce (chapitre 1), iii) Le moment de l'activité ignée, accrétion et l'exhumation des terranes océaniques et continentales au cours du Crétacé tardif à la fin du Miocène. iv) Un mécanisme pour expliquer comment l’exhumation a eu lieu sous un régime collisionnel influencé par un processus climatique à l'érosion et des gradients thermiques élevées (chapitre 2); v) Les processus tardifs de la dénudation et la sédimentation contrôlées par la tectonique dans deux bassins marginaux depuis le Miocène précoce dans le diminution des taux d'érosion et gradients thermiques (chapitre 3). / The Sierra Nevada de Santa Marta (SNSM) is perhaps the most complex crustal massif found in the Northern Andes. Its unique situation as an isolated triangular massif segmented from the continuity of the 7000 km long Andes as the last standing mountain before the domains of the younger Caribbean plate, places the SNSM as an island separated from all surrounding mountain ranges of the continental margin. A prominent relief characterizes this mountain reaching the highest altitude in the entire Caribbean realm at 5750 m, and defines, the SNSM as the highest coastal mountain range in the world. For this reason the SNSM is a unique geological feature that embraces an outstanding biodiversity from its coral reefs in the Caribbean Sea passing trough heavily vegetated tropical rainforests, high cloud forests, and moorlands, until its magnificent summit capped by glaciers.By its position on the northwestern margin of South America the study of the SNSM provides the opportunity to resolve important questions on the evolution of super-continental cycles since Grenvillian times through the Neoproterozoic Pan-African orogeny, the Late Paleozoic Ouachitan-Appalachian orogeny that led to Pangæa assembly, and Triassic Pangæa break-up followed by the Jurassic Central Atlantic Rift and more recently by the start of the Caribbean plate accretion/subduction since the Late Cretaceous against northwestern South America.In this investigation I attempt to unravel the geological history of the Sierra Nevada de Santa Marta Massif using geochronological, thermochronological geochemical and isotopic techniques that allowed to gather a significant amount of new data to add to the existent database on the SNSM.Our results include a reevaluated geological map 1:25000, in which I define 4 new stratigraphic units, accompanied by two crustal-scale cross sections of 320 km length that dissect the massif, and 8 parallel cross sections at the NW corner of the SNSM metamorphic belt. The geochemical and isotopic dataset includes: i) 17 igneous and metamorphic rocks and 6 detrital samples dated by laser-ablation induced-coupled-plasma mass-spectrometry (LA-ICP-MS), U-Pb zircon geochronology that resulted in 2790 new dates and in-situ trace element analyses, ii) 16 igneous and metamorphic rocks that yielded 31 new thermochronometric ages as follows: 12 zircon fission track ages, 11 Apatite fission track ages and 7 (U-Th)/He in apatite ages, iii) Whole rock geochemistry from 10 samples and iv) Microprobe mineral chemistry in spot analyses and x-ray maps from 4 samples that yielded zoned and peritectic garnet. These data were acquired from the units of the northwestern metamorphic suite of the SNSM massif. With these data we investigated i) The units that conform the SNSM metamorphic belts, their chronological and stratigraphic relationships from the Precambrian to the Eocene; ii) The time span and P-T conditions of a Late Paleozoic-Early Mezosoic metamorphic event (Chapter 1), iii) The timing of igneous activity accretion and exhumation of oceanic and continental terranes during the Late Cretaceous to late Miocene. iv) A mechanism for explaining how this exhumation occurred under a collisional regime by a climate influenced process at elevated erosion and thermal gradients (Chapter 2); v) The late processes of denudation and sedimentation controlled by tectonics in two marginal basins since the early Miocene under decreased erosion rates and thermal gradients (Chapter 3).

La Corse Alpine offre une section complète du prisme orogénique alpin où la plupart des équivalents des unités décrites dans les Alpes Occidentales peuvent être trouvés sur une section de 40 km. Les minéraux d'haute pression sont exceptionnellement bien préservés, particulièrement la lawsonite, offrant un accès unique à la compréhension de zones de subduction. La Corse alpine est formée par une pile complexe d’unités métamorphiques d'origine continentale et océanique. Ces unités ont été interprétées soit comme des mélanges tectoniques complexes formés pendant la subduction alpine, soit comme les parties plus continues de lithosphère continentale et-ou océanique. Les rares estimations de condition PT sur des larges régions de la chaîne résultent en plusieurs incertitudes dans l'identification des limites séparant les unités qui ont subi des évolutions tectono-métamorphiques différentes et, par conséquent, dans la définition d'une architecture complète de la chaîne. Les données de terrain, structurelles et métamorphiques obtenues dans cette étude aux différentes échelles suggèrent que la chaîne de la Corse alpine est caractérisée par une forte conservation de structures pré-alpin, de la micro-échelle à l'échelle de la chaîne, malgré la déformation intense associée avec le métamorphisme, qui a localement donné les conditions du facies éclogitique et lawsonite. En détail, seulement neuf domaines tectono-métamorphiques homogènes ont été identifiés. Ces terrains peuvent être attribué aux domaines paléogéographiques différents qui ont subi des évolutions tectono-métamorphiques différentes. Malgré ça, les données géochronologiques fournies pendant cette étude indiquent que la Corse alpine résulte d'une évolution complexe, étant caractérisée par la signature claire tant de la tectonique alpine Eocène, à 35 Ma, que de la tectonique apennine, à 25 Ma. Les résultats fournis dans cette thèse contribuent non seulement à la compréhension des processus de subduction et de formation de montagnes, mais donnent aussi des contraintes importantes pour déchiffrer les systèmes Tethys-Alpes et Alpes-Apennine. / Alpine Corsica offers a complete section through the Alpine orogenic wedge where most equivalent of the units described in the Western Alps may be found over a 40 km section. High-pressure mineral assemblages are exceptionally well preserved, especially lawsonite, offering a unique access to the understanding of deeply subducted terranes.Alpine Corsica consists of a complex stack of variably metamorphosed units of continental and Tethys-derived material. These units have been interpreted either as complex tectonic mixing formed during the Alpine subduction, or as more continuous portions of continental and/or oceanic lithosphere. The lack of detailed PT estimates over wide regions of the belt results in several uncertainties in identifying the boundaries separating units that experienced different tectono-metamorphic evolutions and, consequently, in the definition of an exhaustive architecture of the belt.Field, structural and metamorphic data collected in this study at different scales suggest that the Alpine Corsica belt is characterized by a high preservation of pre-Alpine sctructures, from the micro-scale up the scale of the belt, despite the intense deformation essociated with metamorphism, which locally reached lawsonite-eclogite metamorphism. In particular, only nine homogeneous tectono-metamorphic domains have been identified. These terranes can be referred to different paleogeographic domains that experienced different tectono-metamorphic evolutions.Despite that, geochronological data provided during this study indicate that Alpine Corsica results fro a complex polyphase evolution, being characterized by clear signature of both Alpine tectonics, at around 35 Ma, and Apennine tectonics, at around 25 Ma.Results provided in this paper contribute not only to the understanding of processes of subduction and mountain building, but also give important constraints for deciphering the Tethys-Alps and Alps-Apennine systems.

La compréhension des processus orogéniques nécessite l'acquisition de données permettant de suivre les variations de pression (P), température (T) et déformation (D) au cours du temps (t). La construction de trajets P-T-D-t implique nécessairement une approche pluridisciplinaire, qui combine une analyse pétrologique et structurale à l'acquisition de données géochronologiques. Dans ce mémoire, une telle approche est appliquée à des granulites polymétamorphiques de Ultra-Hautes Températures de l'unité basique d'Andriamena (Centre-Nord Madagascar). Une attention particulière a été portée sur la corrélation entre les données pétrologiques et géochronologiques afin de discuter la signification des trajets P-T et des âges obtenus en contexte polymétamorphique. L'évolution thermomécanique de l'unité d'Andriamena est marquée par la superposition d'au moins quatre événements thermiques distincts: ~2.7 Ga, 2.52-2.54 Ga, 790-730 Ma et 530-500 Ma. Si la signification de l'événement Archéen à 2.7 Ga reste encore problématique, l'événement fini-Archéen à 2.5 Ga correspond sans ambiguïté au métamorphisme de UHT (~1050°C, 11.5 kbar). Le Néoprotérozoïque moyen (790-730 Ma) est marqué par la mise en place d'un important complexe basique-ultrabasique contemporain d'un épisode de fusion partielle et d'un métamorphisme granulitique (~850-900°C, 7 kbar). Cet événement thermique majeur, à l'échelle du Centre-Nord Madagascar, est interprété comme le témoin d'un contexte tectonique du type arc continental lié à la fermeture de l'océan Mozambique lors de la fragmentation du supercontinent Rodinia. Le dernier événement affectant l'unité d'Andriamena (530-500 Ma) est à l'origine du champ de déformation finie, qui résulte de la superposition de deux phases D1 et D2 synchrones d'un métamorphisme amphibolitique à granulitique de basse pression (650-700°C, 5-6 kbar). La déformation Cambrienne observée dans le Centre-Nord Madagascar est compatible avec un raccourcissement horizontal Est-Ouest qui résulterait de la convergence de cratons lors de la consolidation finale du Gondwana. Par leur caractère réfractaire, les Mg-granulites de UHT préservent de nombreuses textures minéralogiques permettant de retracer un trajet PT pétrographique complexe et apparemment continu. Néanmoins, les données géochronologiques obtenues par la méthode de datation in-situ sur monazite à la microsonde électronique montrent que le trajet pétrographique ne doit pas être considéré comme issu d'un seul et même événement thermique, mais plutôt comme un trajet discontinu résultant de la superposition de deux événements distincts à 2.5 Ga et 790-730 Ma. D'autre part, nous montrons qu'une partie du trajet pétrographique (décompression isotherme) correspond à un trajet apparent sans signification tectonique. Nous suggérons que cette décompression apparente résulte de l'équilibration des paragenèses réfractaires de UHT (2.5 Ga) à plus basses pressions, lors de l'événement Néoprotérozoïque moyen (790-730 Ma), sans que les conditions P-T des réactions minéralogiques observées n'aient été atteintes. La distinction qui existe entre trajet pétrographique et trajet P-T réel montre l'importance de déterminer l'âge absolu des différents assemblages et réactions métamorphiques, afin de dater différentes portions du trajet P-T. Cet objectif est atteint grâce aux méthodes de datations ponctuelles et in-situ qui permettent de dater des minéraux dans leur contexte textural et donc de corréler âge et assemblage métamorphique. Ainsi, nous avons développé une nouvelle méthode de datation in-situ U-Th-Pb sur monazite, qui utilise les méthodes chimiques (microsonde) et isotopiques conventionnelles (ID-TIMS). Par ces deux méthodes, on combine une haute résolution spatiale (~3µm - microsonde) à une haute précision analytique (ID-TIMS). La particularité de cette nouvelle approche est que la datation isotopique est réalisée sur des grains individuels extraits par micro-forage directement sur lame mince et qui ont été au préalable caractérisés à la microsonde électronique (imagerie, datation chimique...). La position texturale de chaque grain daté est ainsi retenue.