Le manteau lithosphérique subcontinental est exhumé au pied des marges passives distales non-volcaniques en réponse à l’amincissement extrême de la croûte continentale. Ce processus d’amincissement peut être étudié à pied sec sur les témoins de la paléo-marge passive nord Ibérique affleurant aujourd’hui au nord de la chaîne des Pyrénées dans les Chaînons Béarnais (Zone Nord-Pyrénéenne : ZNP). La ZNP résulte de l’inversion de bassins ouverts entre les plaques Ibérique et Europe pendant l’Albo-Cénomanien. Dans les Chaînons Béarnais, la couverture mésozoïque pré-rift est intimement associée aux roches du manteau subcontinental et à de fines lentilles tectoniques de croûte continentale. L’hyper amincissement crustal s’est déroulé dans des conditions thermiques relativement chaudes, comme le montrent les déformations ductiles syn-métamorphiques crétacées affectant la croûte continentale et la couverture mésozoïque allochtone, localement en contact tectonique sur le manteau exhumé. Dans cette thèse, nous présentons des données structurales et géochimiques apportant de nouvelles contraintes pour la connaissance du processus d’amincissement extrême de la croûte continentale et pour la reconstruction de l’évolution de la paléo-marge nord-Ibérique. La couverture pré-rift a été désolidarisée de son socle paléozoïque au niveau des évaporites du Keuper et mise en contact direct avec le manteau pendant son exhumation dans le fond des bassins. Le détachement croûte/manteau est une discontinuité majeure caractérisée par des bandes de cisaillements anastomosées définissant une fabrique lenticulaire (« phacoidal fabric ») d’épaisseur pluri-métrique au sommet du manteau serpentinisé. La croûte continentale se réduit à de minces écailles elles-mêmes anastomosées, séparée par des bandes de cisaillement dans le faciès schistes verts et évoluant vers des cataclasites plus froides. Les analyses par spectrométrie Raman sur la matière carbonée (RSCM) montrent que l’ensemble de la couverture mésozoïque a été soumis à des températures maximales comprises entre 200°C et 480°C. Elle est sujette à d’intenses circulations de fluides. Les interactions fluides/roches ont eu lieu lors de tous les stades de l’extension, depuis les contextes profonds durant la déformation ductile, jusqu’au domaine superficiel durant la déformation cassante. Le détachement manteau/Mésozoïque est marqué par une couche de roches métasomatiques, riches en talc, chlorite et pyrite, mises en place dans les conditions du faciès schistes verts, impliquant en partie des fluides issus de la serpentinisation du manteau. De plus, la géochimie isotopique (O, C, Sr) et les inclusions fluides présentes dans des veines de carbonates des sédiments mésozoïques, témoignent d’une circulation de saumures chaudes (~200°C), à travers toute la couverture sédimentaire pendant l’exhumation du manteau. Ces saumures sont issues de la dissolution des évaporites du Keuper, très rarement conservées dans les Chaînons Béarnais. Nous développons un modèle conceptuel basé sur la géologie des Chaînons Béarnais dans lequel la croûte continentale moyenne est déformée ductilement. Le fonctionnement de détachements contre-régionaux (à pendage vers le continent) est associé à l’individualisation de fines lentilles tectoniques de croûte continentale moyenne qui sont extraites et exhumées avec le manteau dans le fond des bassins albo-cénomaniens, laissant en arrière la croûte continentale supérieure et inférieure. Ces lentilles crustales collées au manteau forment alors une large zone de croûte extrêmement amincie. Des fenêtres ouvertes au sein de cette mince pellicule crustale permettent au manteau de venir en contact direct avec les sédiments pré-rifts (Saraillé, Turon de la Técouère). Des ouvertures au sein de la couverture pré-rift permettent au manteau de venir directement à l’affleurement (Urdach-Les Pernes). / Sub-continental lithospheric mantle rocks are exhumed at the foot of magma-poor distal passive margins as a response to extreme stretching of the continental crust. Remnants of the Northern Iberian paleo-passive margin are now exposed in the Northern Pyrenees in the Chaînons Béarnais (North Pyrenean Zone: NPZ) and represent field analogues to study the processes of continental crust thinning and subcontinental mantle exhumation. The NPZ results from the inversion of basins opened between the Iberia and Europa plates during Albo-Cenomanian times. In the Chaînons Béarnais ranges the pre-rift Mesozoic sedimentary cover is associated with peridotite bodies in tectonic contact with small size Paleozoic basement lenses. Continental extension developed under hot thermal conditions, as demonstrated by the syn-metamorphic Cretaceous ductile deformation affecting both the crustal basement and the allochtonous Mesozoic cover locally in direct contact with exhumed mantle rocks. In this study, we present structural and geochemical data providing new constraints to the knowledge of extreme crustal thinning processes and to reconstruct the evolution of the northern Iberia paleo-margin. The pre-rift cover was detached from its Paleozoic bedrock at the Keuper evaporites level and was welded to mantle rocks during their exhumation in the bottom of the basins. The crust/mantle detachment fault is a major shear zone characterized by anastomosed shear bands defining a plurimetric phacoidal fabric at the top of the serpentinized mantle. Raman Spectroscopy on Carbonaceous Materials (RSCM), performed on the Mesozoic cover reveals that the entire sedimentary pile underwent temperatures ranging between 200°C and 480°C. This sedimentary pile displays numerous evidence of infiltration by geological fluids. The fluid/rock interactions went on during the entire extensional events, since early deep phases characterized by ductile deformation, to late shallower stages characterized by brittle deformation. The detachment is marked by a layer of metasomatic rocks, locally up to 20 meters thick, made of talc-chlorite-pyrite-rich rocks that developed under greenschist facies conditions, including fluids derived from mantle rocks serpentinisation. Moreover, isotopes geochemistry (O, C, Sr) and microthermometry/Raman spectrometry of fluid inclusions in a network of calcitic veins (with quartz locally) in the overlying sediments reveal moderate temperatures (~220°C) brines circulation through the whole sedimentary cover during mantle exhumation. These brines likely derived from the dissolution of the local Triassic evaporites, rarely preserved in the Chaînons Béarnais. We developed a conceptual model based on geological evidence from the Chaînons Béarnais. Implying ductile deformation of the middle crust. Counter-regional detachments (dipping toward the continent) are associated to the individualization of mid-crustal thin tectonic lenses which remain welded on the mantle rocks and are exhumed at the floor of the Albian-Cenomanian basins, leaving behind the upper and the lower crust. These crustal lenses welded on mantle rocks then form a large zone of extremely thinned continental crust. Breaking points in this thin crustal sheet allow mantle rocks to come in direct contact with the pre-rift sediments (Saraillé, Turon de la Técouère). Breaking points in the pre-rift cover allow mantle rocks to be completely exhumed to the seafloor (Urdach-Les Pernes).

Cette thèse est centrée sur la caractérisation des traceurs des fluides qui interagissent avec les roches du socle et les roches sédimentaires dans les systèmes riftés hyper-amincis exposés dans la Téthys alpine, les Pyrénées et Ibérie-Terre Neuve. L’étude de ces fluides est basée sur les observations géologiques, les analyses géochimiques et les données géophysiques. Deux types de fluides ont été identifiés : les fluides associés à la croûte continentale, avec une signature caractérisée par Si et Ca, ainsi que les fluides liés au manteau en exhumation, avec une signature caractérisée par Si, Mg, Fe, Mn, Ca, Ni, Cr et V. La percolation des fluides est fortement liée à la formation des failles de détachement et à l’évolution des systèmes hyper-amincis. Le flux de fluides dans ces systèmes a des implications importantes pour les changements rhéologiques, pour la nature des sédiments et pour les modifications chimiques des réservoirs de la Terre. / This thesis focus in the identification of geochemical tracers and effects of fluid that interact with basement and sedimentary rocks in hyperextended systems. The investigation of such fluids is based on geological observation, geochemical analyses and geophysical data from fossil hyperextended rift systems exposed in the Alps and in the West Pyrenees, and the present-day distal margins of Iberia and Newfoundland. Two types of fluids were identified during this study. The first type, referred to as continental crust-related fluids, has a signature of Si and Ca. The second type, referred to as mantle-related fluids, has a signature of Si, Mg, Fe, Mn, Ca, Ni, Cr and V. The fluid percolation is strongly related to the formation of extensional detachment faults and the evolution of hyperextended systems. Fluid flow in these systems has major implications for the nature of sediments, rheological changes and chemical modifications of the Earth’s reservoirs throughout its evolution.