L'étude de la dynamique de la lithosphère, en particulier les processus de transports verticaux et horizontaux de matière, requiert de pouvoir reconstruire avec la plus grande précision l'évolution géodynamique des chaînes de montagne. C'est le rôle des trajets pression-température-temps-déformation (P-T-t-e) qui permettent, pour un fragment de roche, de reconstruire son histoire à partir de l'étude texturale et chimique des minéraux métamorphiques à l'équilibre. En effet, les roches métamorphiques présentent des mosaïques de paléo-équilibres thermodynamiques locaux entre des minéraux de paragénèses qui cristallisent à différentes conditions de pressions et de températures. Le problème abordé dans ce mémoire est celui de la reconstruction des trajets pression-température, en combinant l'utilisation d'approches thermobarométriques directes, comme les pseudosections calculées par minimisation d'énergie, et indirectes, comme la technique du multi-équilibre avec une vision en deux dimensions grâce à une approche micro-cartographique. Cependant, l'utilisation conjointe de techniques d'imagerie chimiques et d'estimations thermobarométriques requiert un grand nombre de calculs, et donc des logiciels conviviaux à la disposition de la communauté. Dans cette thèse, nous proposons des programmes pour la cartographie et les calculs thermodynamiques, puis un nouveau modèle de solution solide pour les chlorites et, enfin, des exemples d'applications dans les Alpes et en Himalaya. Nous avons développé un jeu de programmes écrits en Matlab, qui permettent (1) de traiter des images chimiques et de calculer des cartes pression-température : XMapTools, et (2) de chercher des équilibres thermodynamiques et de tracer des réactions chimiques : PT-lines, MultiPlot et Meamp. Un modèle de solution solide pour les chlorites a été proposé en ajoutant un pôle pur di-trioctahédriques. Ce modèle permet de calculer, par minimisation d'énergie, des pseudosections à basse température, ou encore de modéliser des interactions fluide-roche. Dans un deuxième temps, nous proposons d'appliquer les techniques de micro-cartographie et de thermobarométrie à des exemples naturels variés afin d'essayer d'apporter des contraintes supplémentaires pour reconstruire des modèles d'évolutions géodynamiques des chaînes de subduction-collision. Pour les Alpes, des trajets P-T-e et P-T-t ont été proposés pour des unités où jusqu'ici, faute de techniques disponibles, les estimations étaient basées uniquement sur la présence de minéraux index du métamorphisme. Ces nouvelles données ont permis de mettre en évidence un fort couplage entre l'exhumation du prisme océanique et l'écaillage crustal de la plaque continentale subduite. Pour l'Himalaya, nous avons montré qu'il est possible de reconstruire un trajet pression-température continu à partir d'images chimiques en utilisant notre nouvel outil : XMapTools.

L'étude de la dynamique de la lithosphère, en particulier les processus de transports verticaux et horizontaux de matière, requiert de pouvoir reconstruire avec la plus grande précision l'évolution géodynamique des chaînes de montagne. C'est le rôle des trajets pression-température-temps-déformation (P-T-t-e) qui permettent, pour un fragment de roche, de reconstruire son histoire à partir de l'étude texturale et chimique des minéraux métamorphiques à l'équilibre. En effet, les roches métamorphiques présentent des mosaïques de paléo-équilibres thermodynamiques locaux entre des minéraux de paragénèses qui cristallisent à différentes conditions de pressions et de températures. Le problème abordé dans ce mémoire est celui de la reconstruction des trajets pression-température, en combinant l'utilisation d'approches thermobarométriques directes, comme les pseudosections calculées par minimisation d'énergie, et indirectes, comme la technique du multi-équilibre avec une vision en deux dimensions grâce à une approche micro-cartographique. Cependant, l'utilisation conjointe de techniques d'imagerie chimiques et d'estimations thermobarométriques requiert un grand nombre de calculs, et donc des logiciels conviviaux à la disposition de la communauté. Dans cette thèse, nous proposons des programmes pour la cartographie et les calculs thermodynamiques, puis un nouveau modèle de solution solide pour les chlorites et, enfin, des exemples d'applications dans les Alpes et en Himalaya. Nous avons développé un jeu de programmes écrits en Matlab, qui permettent (1) de traiter des images chimiques et de calculer des cartes pression-température : XMapTools, et (2) de chercher des équilibres thermodynamiques et de tracer des réactions chimiques : PT-lines, MultiPlot et Meamp. Un modèle de solution solide pour les chlorites a été proposé en ajoutant un pôle pur di-trioctahédriques. Ce modèle permet de calculer, par minimisation d'énergie, des pseudosections à basse température, ou encore de modéliser des interactions fluide-roche. Dans un deuxième temps, nous proposons d'appliquer les techniques de micro-cartographie et de thermobarométrie à des exemples naturels variés afin d'essayer d'apporter des contraintes supplémentaires pour reconstruire des modèles d'évolutions géodynamiques des chaînes de subduction-collision. Pour les Alpes, des trajets P-T-e et P-T-t ont été proposés pour des unités où jusqu'ici, faute de techniques disponibles, les estimations étaient basées uniquement sur la présence de minéraux index du métamorphisme. Ces nouvelles données ont permis de mettre en évidence un fort couplage entre l'exhumation du prisme océanique et l'écaillage crustal de la plaque continentale subduite. Pour l'Himalaya, nous avons montré qu'il est possible de reconstruire un trajet pression-température continu à partir d'images chimiques en utilisant notre nouvel outil : XMapTools. / The study of the lithosphere dynamics such as vertical and horizontal material transport processes requires the detailed reconstruction of the geodynamic evolution of the mountain belts. These geodynamic models are classically constrained using pressure-temperature-time-deformation (P-T-t-e) paths unravelled from textural and chemical study of metamorphic rocks fragments. Metamorphic rocks are made by mosaic of local thermodynamic equilibria involving minerals that grew at different temporal, pressure, and temperature conditions. The topic of this thesis is the reconstruction of pressure-temperature paths by combining direct techniques such as pseudosection computed by energy minimization and inverse techniques such as multi-equilibrium, in space, i.e. two-dimensions, using a micro-mapping approach. The use of chemical images and thermodynamic modelling requires user-friendly programs freely available for the community. In this thesis, we first propose a set of programs and a new solid solution model for chlorite and also two application examples are proposed in the Alps and the Himalaya. We propose a set of programs written in Matlab (1) for microprobe image processing and the computation of pressure temperature maps: XMapTools, (2) for multi-equilibrium calculations using different thermodynamic data and solid solution models: PT-lines, MultiPlot and Meamp. A new solid solution model for chlorite is presented including a di-trioctahedral chlorite end-member. This model can be used to calculate pseudosection phase diagrams and for fluid-rock interaction modelling. Thermodynamic modelling and micro-mapping techniques are used together to add new constraints to the geodynamic models of subduction-collision mountain belts. In the French Western Alps, P-T-e and P-T-t paths are recovered for some metamorphic units in which the available estimates were only based on the occurrence of index minerals. These new thermobarometric and radiometric data indicate a strong coupling between the exhumation of the oceanic accretionary wedge and the continental subducting plate. In The Himalaya, we studied a new eclogite occurrence and we propose a detailed and continuous P-T path calculated using our newly created program XMapTools.

La chaîne du Sud Tien-Shan (STS) en Asie Centrale est une des plus grandes chaînes intracontinentales et résulte de la réactivation de structures héritées de son histoire Paléozoïque lors de la formation de la Ceinture Orogénique d’Asie Centrale (CAOB). La compréhension de la tectonique actuelle du STS repose donc sur une bonne connaissance de sa structuration au Paléozoïque qui reste néanmoins largement débattue. La partie kirghize de la chaîne a été moins étudiée que la partie chinoise et cette thèse propose donc une étude détaillée du STS kirghize. En particulier, l’étude des massifs métamorphiques situés le long de la suture du STS permet de contraindre l’histoire de subduction. L’approche utilisée est pluridisciplinaire, basée sur une étude de terrain, puis une analysethermobarométrique utilisant des micro-cartographies chimiques couplées à de la modélisation thermodynamique, et enfin une étude géochronologique.Nous montrons que la faille de Talas-Fergana, faille active de 2000 km de long, est une discontinuité majeure dès le Carbonifère supérieur puisqu’elle délimite deux domaines à l’évolution distincte. A l’ouest, une subduction à vergence nord de l’océan Turkestan a conduit à la formation d’un arc magmatique important. Autour de ca. 301 Ma, la collision entre le Kazakhstan et le craton Alai entraine un épaississement crustal important associé à des nappes. A l’est, une subduction à vergence sud de ce même océan est suggérée par une structure à pendage sud présentant des unités de haute-pression océanique et continentale exhumées au sein d’un paléo-prisme d’accrétion de plus bas degré métamorphique le long de chevauchements à vergence nord et de détachements à vergence sud.La fermeture de l’océan Turkestan est marquée par l’exhumation de l’unité de haute-pression continentale à ca. 320-330 Ma. Au Permien, une première phase de réactivation dans un régime transpressif, est associée à un magmatisme intense. En bordure de la chaîne, ce magmatisme interagit avec un panache mantellique sous le craton du Tarim. Cette phase permienne a conduit d’une part à l’initiation de chevauchements à vergence sud, au sud du STS et d’autre part à la modification de la structure thermique de la lithosphère sous le Tarim.Le modèle d’évolution proposé pour le STS kirghize s’intègre bien dans un modèle d’évolution global de la CAOB. De plus, on voit que la structuration Paléozoïque, de la collision carbonifère à la première phase de réactivation permienne, permet d’expliquer la tectonique actuelle du STS qui est une chaîne à double vergence s’élevant au-dessus de bassin intramontagneux au nord et au-dessus du craton du Tarim au sud qui se comporte comme un bloc rigide / The South Tien-Shan (STS) belt, in Central Asia, is one of the largest intracontinental orogens. It results from the reactivation of Paleozoic structures inherited from the Central Asia Orogenic Belt (CAOB) building. Understanding the current tectonics of STS requires the knowledge of the Paleozoic history which is, however, still debated. As the Kyrgyz part of STS has been less studied than the Chinese one, this thesis aims to provide a detailed study of the Kyrgyz STS. Studying metamorphic ranges along the STS suture allows constraining the subduction history. A pluri-disciplinary approach was used, firstly based on field observations, then on thermobarometric studies combining X-ray micro-mapping and thermodynamic modeling and finally on geochronological studies.Results show that the Talas-Fergana fault, which is a 2000 km long active fault, was an important discontinuity from Upper Carboniferous times as it separated two areas with distinct geodynamic evolutions. To the west, a north-dipping subduction of the Turkestan Ocean led to the development of an important magmatic arc. Around ca. 301 Ma, the collision of Kazakhstan and Alai blocks resulted in crustal thickening and nappe stacking. To the east, a south-dipping subduction is suggested by south dipping structures exhibiting both oceanic and continental high-pressures units exhumed in a lower-grade paleo-accretionnary prism along top-to-the-north thrusts and top-to-the-south detachments. The continental high-pressure unit was exhumed at ca. 320-330 Ma just after the Turkestan Ocean closure. During Permian times, a first reactivation phase was associated to transpressive tectonics and intense magmatism. At the southern boundary of STS, interactions between transpressive tectonics and a mantle plume beneath the Tarim craton are reported. This Permian history led to the initiation of top-to-the-south thrusting to the south of STS and to the modification of thermal state of the lithosphere beneath the Tarim.The geodynamic model proposed for the Kyrgyz STS fits well with proposed models of global CAOB evolution. Moreover, is shows that the Paleozoic structuration, from the Carboniferous collision to the Permian reactivation, explains the current tectonics of STS which is a doubly vergent mountain belt thrusting intramontane basins to the north and the Tarim craton to the south. This latter acts as a rigid block since the Paleozoic