Cette thèse présente les résultats d’une étude de la mobilité de l’hydrogène dans l’andradite entre 400 et 700°C et dans le zircon entre 800 et 1100°C. Contrairement à ce qui est généralement observé dans ce type d’expériences, il n’a pas été possible de remplacer par du deutérium tous les hydrogènes présent dans la structure cristalline sous la forme de défauts ponctuels. A la fin de l’échange 15% à 35% des H dans l’andradite et 25% à 40% des H dans le zircon restent présent. Cependant, un état d’équilibre étant atteint, nous avons pu déterminer les lois de diffusion relative à ces échanges. L’énergie d’activation est comparable à l’énergie d’activation de diffusion de l’hydrogène dans le grossulaire (102 kJ/mol), mais avec une diffusion deux ordres de grandeur plus rapide. Nos résultats montrent que la composition joue un rôle majeur sur la diffusion d’hydrogène dans la série grossulaire-andradite et celle-ci doit impérativement être prise en compte dans toute interprétation des données de δD dans les grenats. Dans le zircon, la diffusion de l’hydrogène est anisotrope, avec une diffusion selon [001] légèrement plus rapide que celle selon [100] et [010]. Le zircon est le MNA qui a la diffusion d’hydrogène la plus lente et qui présente la plus forte énergie d’activation. Lors des expériences d’échange H-D le zircon incorpore également du deutérium parallèlement à la réduction de l’uranium présent dans la structure en suivant la réaction d’hydratation U5+ + OH- = U4+ + O2- + 1/2H2. La cinétique d’incorporation associée est très légèrement plus lente que la cinétique d’échange H-D, suggérant que l’incorporation est ici limitée par la mobilité de l’hydrogène. / The hydrogen mobilities in andradite and zircon were investigated by performing H-D exchange experiments under ambient pressure in a horizontal furnace flushed with a gas mixture of Ar/D2(10%). The temperature range investigated was 400˚C-700˚C for andradite and 800˚C-1100˚C for zircon. At contrary to the same type of experiments performed in NAMs, it was not possible to replace all hydrogen atoms in the structure by deuterium, 15% to 35% for andradite and 25% to 40% for zircon of OH remaining after completion of the exchange. However, a steady-state equilibrium was reached at the end of the experiments and it was possible to determine the diffusion law of the exchange process. The activation energy is similar to those of hydrogen diffusion in grossular, but the diffusivity is more than 2 orders of magnitude faster. Our results demonstrate that, composition has a major effect on H diffusion and it must be considered in any discussion of δD signatures in garnets. In zircon, hydrogen diffusion is anisotropic, slightly faster along [001] than along [100] and [010]. H diffusion in zircon has much higher activation energy and slower diffusivity than other NAMs. During H-D exchange zircon incorporates also deuterium. For the first time, the hydration reaction U5+ + OH- = U4+ + O2- + 1/2H2, involving uranium reduction is observed. The kinetics of deuterium incorporation is just slightly slower than hydrogen diffusion, suggesting that the reaction is limited by hydrogen diffusion. It confirms that hydrogen isotopic memory of zircon is higher than other NAMs. Zircons will be moderately retentive of H signatures at mid-crustal metamorphic temperatures.

Cette étude est basée sur la collection la plus complète d'éclogites cratoniques (> 180 nodules), provenant des cratons sibériens et sud-africains.Les éclogites non-métasomatisés de type IIA sont plus magnésiennes, enrichis en LREE, avec des valeurs de δ18O, de 3,7-7,5 ‰, des anomalies positives en Sr et correspondant à une couche à basse pression-température (PT). La composition de la roche totale est un protolithe basaltique. Les éclogites de type IIB sont plus sodiques et alumineux, appauvris en terres rares, avec des valeurs de δ18O de 2,3-3,6 ‰, correspondant à l'équilibre à haute PT. La composition de la roche totale correspond au protolithe pyroxénitique. Les éclogites à coésite, disthène ou corindon ont des clinopyroxènes riches en jadéite, avec des anomalies positives en Eu et Sr et des grenats riches en grossulaire, avec des anomalies positive en Eu et négatives en Sr. Les estimations de PT indiquent que les éclogites à co-ky-cor ont été équilibrées dans la partie la plus basse de la quille cratonique et la composition de la roche totale correspondant à un protolithe gabbroïque très appauvri, cohérente avec la subduction d'une séquence basaltique à websteritique d'une croûte océanique altérée, appauvrie en éléments incompatibles.L'estimation minimum d'eau dans l'omphacite d'Obnazhennaya est de ~930-1410 ppm d'H20 et pour la roche totale de ~310-890 ppm H2O, significativement supérieures aux péridotites environnantes. Ainsi, les éclogites du manteau peuvent être un important réservoir d'eau à la base de la racine cratonique, avec des conséquences majeures pour la longévité de la quille cratonique, la rhéologie du manteau et pour le cycle global de l'eau. / This study is based on the most complete existing collection of cratonic eclogites (> 180 nodules), from the Siberian and South African cratons. Non-metasomatized Type IIA eclogites are typically more magnesian, LREE-enriched, with δ18O values of 3.7-7.5 ‰, positive Sr anomalies and corresponding to a low pressure-temperature (PT) layer. The whole-rock composition is consistent with a basaltic protolith. Type IIB eclogites are morsodic and aluminous, LREE-depleted, with δ18O values of 2.3-3.6‰, corresponding to equilibrium at high-PT. The whole-rock trace element composition is consistent with a pyroxenitic protolith. Coesite, kyanite and corundum-bearing eclogites ypically have jadeite-rich clinopyroxenes witlpositive Eu and Sr anomalies and grossular-rich gamets with corresponding positive Eu and negative Sr anomalies. PT-estimates indicate coe-kycor-bearing eclogites equilibrated in the lowermost part of the cratonic keel and reconstructed whole-rock trace element composition corresponds to a very depleted gabbroic protolith. This is consistent with the subduction of a hydrothermally altered, basaltic to websteritic sequence of an incompatible-element-depleted oceanic crust.Calculated water content of omphacite is a minmum estima te of ~930-1410 ppm by weight H2O and reconstructed estimates for whole-rock watercontent ~310-890 ppm HO) for the Obnazhennaya eclogites are significantly higher than those of the surrounding peridotites. Thus, mantle eclogite may be an important water reservoir at the base of the cratonic root, with major consequences for cratonic keel, longevity mantle rheology and global water cvcle