Ce travail retrace l’évolution varisque des Massifs d’Almǎj (Roumanie), de Deli Jovan (Serbie) et de la Stara Planina Occidentale (Bulgarie), à travers une étude pétrostructurale effectuée sur les différentes unités lithologiques de la Nappe alpine du Danubien supérieur. Cette nappe possède la particularité de contenir un marqueur de convergence de toute première importance sous la forme de 4 massifs ophiolitiques démembrés lors de l’orogenèse alpine :Tisoviţa Iuţi (TI, Roumanie), Deli Jovan (DJ, Serbie), Zaglavak (Z, Serbie) et Tcherni Vrah (TV, Bulgarie). Les études pétrologiques de terrain effectuées dans ces trois pays ont permis de confirmer la continuité entre ces 4 massifs, qui, séparément, comprennent chacun une portion de croûte océanique différente (TI :section mantélique et cumulats inférieurs, DJ :cumulats inférieurs et supérieurs, Z :cumulats supérieurs, TV :cumulats supérieurs et section effusive), mais considérés ensemble, forment une pile ophiolitique classique complète. De nouvelles datations par la méthode 147Sm-143Nd confirment un âge d’accrétion pour cette croûte océanique au Dévonien inférieur (~ 400 Ma). Cependant, l’essentiel de ce mémoire concerne les Monts Almǎj, notamment les roches encaissantes du massif de Tisoviţa Iuţi. La partie sud de ce massif ophiolitique représente la section inférieure d’une croûte océanique classique, alors que sa partie orientale est caractérisée par des roches de la croûte océanique supérieure, fortement déformées et transformées (métagabbros à zoïsite et fuchsite). Ces roches font partie de la Zone Mylonitique de Corbu (CMZ), qui comporte également des métasédiments à Gt ± St ± And et des serpentinites. Les conditions PT de formation de ces métagabbros, datés à 380-360 Ma par la méthode 40Ar-39Ar, ont été estimées à des températures comprises entre 450°C et 300°C. Leur contexte de formation peut être assimilé à une semelle ophiolitique ‘froide’, développée lors d’une obduction intra-océanique initiée probablement le long d’une faille transformante. Si le pic de métamorphisme des roches de Corbu a été estimé à 585°C/ 5.5 kbar, leur exhumation pourrait s’effectuer au sein d’un anticlinal en régime transpressif sénestre, en relation avec la formation de la CMZ, interprétée comme une ancienne zone plissée qui évolue en zone de cisaillement sénestre. Au Carbonifère, le granite syntectonique de Cherbelezu se met en place le long de la CMZ et enregistre les dernières phases de cette déformation lors de son refroidissement. Les études préliminaires sur les roches encaissantes des massifs ophiolitiques en Serbie et Bulgarie permettent de préciser une vergence d’obduction du lambeau ophiolitique vers le paléo-NW et d’établir un modèle de reconstitution paléogéodynamique au Varisque pour l’ensemble de la région étudiée./ This study provides new information on the Variscan evolution of the Almǎj Mountains (Romania), Deli Jovan Massif (Serbia) and Western Stara Planina (Bulgaria), throughout a petrostructural investigation conducted on the various lithological units of the Upper Danubian Alpine Nappe. This nappe displays an important convergence tectonic marker in the form of four ophiolitic massifs dismembered during the Alpine orogeny: Tisoviţa Iuţi (TI, Romania), Deli Jovan (DJ, Serbia), Zaglavak (Z, Serbia) and Tcherni Vrah (TV, Bulgaria). Our petrological studies in these three countries have confirmed the continuity between these four massifs, each of which showing, separately, a different portion of the oceanic crust (TI: mantle section and lower cumulates, DJ: lower and upper cumulates, Z: upper cumulates, TV: upper cumulates and effusive section), but taken together, forming a complete classical ophiolitic pile. New dating using the 147Sm-143Nd method has confirmed an accretion age for this oceanic crust at around 400 Ma (Early Devonian). However, the main part of this study has been focused in the Almǎj Mountains, particularly the Tisoviţa Iuţi ophiolitic massif and its enclosing rocks. The Southern part of this ophiolitic massif represents the lower section of a classical oceanic crust whereas its eastern part is characterized by upper crustal oceanic rocks that are highly deformed and transformed (zoïsite and fuchsite-bearing metagabbros). These rocks belong to the Corbu Mylonitic zone (CMZ), which also comprises Gt ± St ± And metasediments and serpentinites. Temperature estimates for the formation of the metagabbros are bracketed between 450°C and 300°C and these rocks have been dated at 380-360 Ma using the 40Ar-39Ar method on fuchiste. The geodynamic context for their formation can be viewed as a ‘cold’ ophiolitic sole, developed during an intra-oceanic obduction probably initiated along transform fault. If the metamorphic peak for the Corbu rocks has been estimated at 585°C/5.5kbar, their rapid exhumation could be realized via an anticline under a transpressive sinistral regime, connected with the formation of the CMZ that is interpreted as an ancient fold zone evolving in a sinistral shear zone. Finally, the Carboniferous syntectonic Cherbelezu granite intrudes along the CMZ and records the final stages of this deformation during its cooling. Preliminary investigations on the enclosing rocks of the ophiolitic massifs in Serbia and Bulgaria allow us to define a top to the NW obduction vergence for the ophiolite and to propose a paleogeodynamic reconstitution model for the Carpathian/Balkans terrains in the Variscan times. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail de thèse est basé sur des observations de terrain, sur une étude pétrographique et géochimique des roches formées à la base du complexe filonien dans l'ophiolite d'Oman et au niveau du Site IODP 1256, ainsi que sur une étude expérimentale. De nouvelles contraintes sont apportées sur les processus se produisant à la transition magma / système hydrothermal dans la croute océanique formée au niveau des dorsales à expansion rapide. L'intrusion de gabbros isotropes dans la base du complexe filonien a provoqué son réchauffement et sa recrystallization en « dikes granoblastiques » jusqu'à des températures de 1030°C. Des xénolites de microgabbro à orthopyroxene dérivées des dikes granoblastiques sont souvent observées dans le niveau de gabbros isotropes épais de 100 mètres environ qui est présent à la base du complexe filonien. Ces différentes caractéristiques sont à relier à des migrations verticales vers le haut du sommet de la lentille magmatique supérieure qui est observée aux dorsales rapides. Les nombreuses évidences d'assimilation (xénolites et patchs granoblastiques) dans le niveau des gabbros isotropes appuient l'hypothèse que ce niveau représente la fossilisation de la lentille magmatique supérieure. L'étude expérimentale a consisté à tester l'effet de la fusion partielle du complexe filonien préalablement hydrothermalisé. Les résultats montrent que la fusion commence à 850°C, confirment l'origine résiduelle des dikes granoblastiques et des xénolites associées, et attestent de l'origine anatectique des plagiogranites océaniques qui sont couramment observés à proximité de la base du complexe filonien. La composition en éléments majeurs et traces du liquide anatectique a été déterminée. Ce liquide représente le principal contaminant pour les MORBs primitifs émis au niveau des dorsales rapides. La lentille magmatique supérieure présente au niveau des dorsales médio-océaniques à expansion rapide est ici décrite comme un système dynamique qui peut migrer verticalement, et qui est fossilisée lorsqu'elle se déplace hors axe.

Les roches mafiques à ultramafiques permettent de tracer les processus de formation et d'évolution des surfaces planétaires. Pour caractériser ces surfaces, la spectroscopie de réflectance visible-proche infrarouge est une technique adaptée de part sa sensibilité aux absorptions du fer présent dans les minéraux. L'objectif de cette thèse est de déterminer la composition modale des roches, ainsi que la composition chimique des minéraux constitutifs.<br />Nous avons développé une procédure basée sur la mise en oeuvre du Modèle Gaussien Modifié (MGM) qui permet de modéliser les spectres pour des assemblages minéralogiques complexes (olivine - orthopyroxène - clinopyroxène). Après validation de cette approche sur des données simples (poudres), la méthode a été appliquée à des roches naturelles complexes (météorites martiennes et roches d'Oman). Fort de l'expertise acquise dans cette étape intermédiaire, des cartographies minéralogiques ont alors pu être réalisées à partir de données spatiales et aéroportées, respectivement pour le volcan Syrtis Major sur Mars et le massif ophiolitique de Sumail (Oman). Nous avons ainsi montré que les laves de l'édifice volcanique présentent un enrichissement en olivine (Fo50-80) et que les pyroxènes, suivant les conditions de mise en place, peuvent avoir des compositions allant des augites aux enstatites. Pour l'ophiolite d'Oman, nous avons mis en évidence et cartographié pour la première fois des variations spatiales organisées de composition modale au sein même de l'unité harzburgitique. Nous avons également caractérisé des variations de composition dans les clinopyroxènes de la zone crustale ayant des implications pétrogénétiques.<br />Ces apports sont essentiels dans la caractérisation et la compréhension des processus pétrologiques inhérents à la formation des surfaces planétaires et devraient stimuler l'utilisation de l'imagerie spectroscopique à des fins géologiques.

L'ophiolite d'Oman est un fragment de la lithosphère océanique téthysienne obducté sur la marge arabe au crétacé supérieur. Elle occupe un domaine de la chaîne alpine où la convergence entre l'Arabie et l'Eurasie n'a pas encore atteint le stade de la collision continentale. Affleurant de façon, presque continue sur une longueur de 475 Kilomètres parallèlement à l'axe de la paléo- dorsale, c'est le plus grand segment de lithosphère océanique accessible à l'étude directe. La section mantellaire constitue 60% de la surface d'affleurement de l'ophiolite (30.000 Kilomètres carrées). Cette thèse est consacrée à la cartographie des structures internes de cette unité. Les structures crustales permettant d'établir une référentielle paléo-tectonique (paléo-horizontale, azimut et flanc de la paléo-dorsale) furent également relevées. Divers arguments pétrologiques et structuraux permettent d'apparenter l'ophiolite d'Oman aux dorsales rapides actuelles. Les péridotites mantellaires, de composition harzburgitique à dunitique, gardent l'empreinte de deux déformations plastiques successives, la première associée à la formation de la lithosphère (flux asthénosphérique), la seconde au charriage intra-océanique qui préluda à son obduction. La géométrie de l'écoulement asthénosphérique et la composition de la section mantellaire présentent de fortes variations longitudinales. La formation de la lithosphère océanique, au droit des dorsales rapides, implique l'ascension de diapirs asthénosphériques espacés de quelques dizaines à plus de cent Kilomètres les uns des autres. Siège d'une activité magmatique exceptionnelle, ces diapirs semblent également jouer le rôle de centres d'alimentation privilégiés de la chambre magmatique sus-jacente. Un de ces diapirs, figé et échantillonné lors du charriage à la dorsale, a pu être cartographié en détail (région de Maqsad) : le lux asthénosphérique, vertical dans un conduit de 10 à 20 Kilomètres de diamètre, se brise sous le plancher de la chambre magmatique dans une zone de transition épaisse seulement de quelques centaines de mètres et est ensuite canalisé parallèlement à l'axe de la dorsale sur une distance d'au moins 30 Kilomètres depuis le centre du conduit. Cette géométrie implique une modification brutale de la rhéologie mantellaire dans la zone de transition attribuée à une augmentation catastrophique du rapport magma/roche. Un modèle physique de circulation, asthénosphérique a été construit en introduisant une discontinuité de viscosité de plusieurs ordres de grandeur au sommet du diapir. Une telle condition permet, en effet, de canaliser un pourcentage important du flux dans un étroit créneau superficiel. La pression dans le diapir est discontinue sur une épaisseur d'une centaine de mètres sous l'interface pour pouvoir vaincre la surpression due au fluage plastique et continuer son ascension vers la surface. Loin des diapirs, le flux mantellaire peut être régulier à l'échelle de la centaine de kilomètres ; il est alors sub-parallèle au Moho et perpendiculaire à l'axe de la dorsale, évoquant l'accrétion de la lithosphère en régime d'expansion stationnaire. L'angle d'une dizaine de degrés entre le Moho et le plan de fluage reflète probablement la pente moyenne des isothermes au niveau de la zone d'accrétion (flanc de la dorsale). La déformation associée au charriage intra-océanique (CIO) affecte les périodiques sur une épaisseur de quelques centaines de mètres au-dessus du plan de charriage basal, lui-même situé à une profondeur maximale de neuf kilomètres sous le paléo-Moho. Elle peut affecter également des niveaux plus élevés de la section mantellaire et la section crustale sous forme de bandes de cisaillement mylonitiques verticales pouvant atteindre 2 kilomètres d'épaisseur. Ces cisaillements sont contemporains de l'intrusion de magmas hydratés au sein de la section mantellaire, peut-être à mettre en relation avec le volcanisme différencié (" volcanisme 2 ") coiffant l'Ophiolite. Le CIO s'accompagne localement de la fusion de la semelle. Lors de l'initiation du CIO, la lithosphère présentait un fort gradient thermique vertical. D'un point de vue cinématique, la déformation enregistrée par la semelle, les péridotites basales et les bandes de cisaillement sont en concordance parfaite. Le CIO s'accompagne de déplacements considérables de la lithosphère charriante parallèlement à l'axe de la dorsale (de l'ordre de la centaine de kilomètres). L'initiation du CIO à la dorsale elle-même rend le mieux compte de ces observations. Le charriage à la dorsale implique l'inversion rapide (1 à 2 millions d'années) du régime d'expansion en régime compressif. On l'explique par un blocage momentané de la subduction de la Téthys sous l'Eurasie causée par des collisions entre des microcontinents, des arcs insulaires et la marge active eurasienne survenues à cette époque (Albien supérieur). De manière générale, les événements enregistrés par l'Ophiolite d'Oman s'intègrent bien dans l'évolution cinématique et géologique du domaine téthysien.

Ce travail repose sur (1) une étude de terrain des cumulats lités de l'ophiolite d'Oman, notamment dans plusieurs massifs où cette unité restait largement inexplorée, (2) une étude pétrographique et géochimique (microsonde électronique et LA-ICP-MS) d'environ 700 échantillons et (3) une simulation en laboratoire de la cristallisation de magmas boninitiques en présence d'eau. La cinquantaine de faciès pétrographiques définie, gabbroïques et ultrabasiques, est indispensable pour décrire rigoureusement la croûte profonde omanaise. Cette variété lithologique est révélatrice de la très grande variabilité des paramètres intensifs (P, T°, PH2O ...) et extensifs (composition) lors de la cristallisation des magmas au sein des chambres magmatiques à l'aplomb d'un centre d'expansion océanique. L'orthopyroxène précoce dans les cumulats primitifs (XMg > 80 %) est beaucoup plus commun que ce qui était proposé jusqu'à présent, ce qui remet en cause certaines idées reçues concernant l'origine de l'ophiolite. Je démontre que cette variété lithologique, l'abondance d'orthopyroxène, et d'autres caractéristiques pétrographiques et géochimiques des cumulats d'Oman s'expliquent par le mélange, dans des proportions variables, de deux principaux magmas : un d'affinité tholéiitique issu de la fusion d'une source asthénosphérique " N-MORB ", et un d'affinité andésitique à boninitique issu de la fusion hydratée d'une source lithosphérique déprimée. Ces deux magmas ont circulé dans des chenaux mantelliques (" filons ") avant d'alimenter les chambres. Le rôle de " mélangeur " des chambres magmatiques est ainsi confirmé. La contribution relative de ces deux magmas évolue au cours de l'ascension de diapirs asthénosphériques dans la lithosphère. Des variations abruptes de la pression partielle d'eau sont également indispensables pour rendre compte de l'ensemble de mes observations. Je montre aussi que les failles syn-accrétions, dont l'importance en Oman restait largement sousévaluée, sont un vecteur principal de la pénétration de fluides hydrothermaux jusque dans la croûte profonde en cours de cristallisation. Mon étude me permet également de mieux contraindre l'origine, encore très discutée, des intrusions " wehrlitiques " et de la zone de transition dunitique.

Les Massifs cristallins externes (M.C.E) des Alpes occidentales sont des témoins de l' orogène hercynien s.1., repris dans la chaine alpine. Leur place et \ leur signification dans le cadre varisque sont mal cernées. Cette méconnaissance résulte essentiellement de la rareté des données pétrologiques, géochimiques et géochronologiques disponibles. L'étude concerne la chaîne de Belledonne et plus spécialement son extré mité méridionale. Ce secteur Sud-Ouest présente en effet une lithologie et une structuration atypiques par rapport à celles du secteur Nord-Est dont les caractères sont proches . de ceux de l'ensemble des M.C.E . L'analyse peut être schématisée par les étapes suivantes: - Le domaine méridional (basse vallée de la Romanche) est constitué par un empilement de formations différant par leur âge et par leur histoire tectonométamorphique. Des datations soulignent (i) la juxtaposition de terrains cambro-ordoviciens et dévono-carbonifères et(ii) l'âge carbonifère inférieur de la tectogenèse . Deux formations d'origine ignée permettent de caractériser le paléomagnétisme paléozoïque et d'en préciser le site originel: * A la limite Cambro-Ordovicien, une distension crustale conduit à l'ouverture d'un bassin marginal (complexe ophiolitique de Séchilienne-Chamrousse). L'extension crustale est balisée par l'évolution géochimique des métabasites. Ce site originel particulier induit divers processus pétrogénétiques qui se traduisent par la dive rsité des produits basiques et acides. Les déformations et les recristallisations a ppartiennent à deux stades, intra-océanique et orogénique. Une évolution polycyclique est de ce fait écartée. * Au Dévonien, une seconde période d'amincissement crustal conduit à la genèse des formations de Rioupéroux et de Livet. Elle se matérialise par un magmatisme de nature bimodale puis - trondhjémitique. La pétrogenèse est complexe et implique des sources mantelliques et crustales ainsi que des phénomènes de contamination et de mélanges. 2 - Dans l'ensemble de la chaîne de Belledone, une comparaison des domaines Nord-Est et Sud-Ouest montre que le domaine septentrional représente un fragment lithosphérique à structuration plus ancienne siluro-dévonienne, et à caractères de zone profonde (métamorphisme de haute pression siluro-dévonien, anatexie dévonienne et granitisations carbonifères). Le dernier épisode métamorphique, carbonifère, y est rétromorphique et associé au fonctionnement d'une zone de décrochements majeurs, alors que le métamorphisme de même âge est prograde et contemporain de chevauchements dans le domaine méridional. La structure de la chaîne de Belledone est interprétée dans le cadre des serrages tardifs lors de la collision intracontinentale. On souligne la progression centrifuge des phénomènes tectoniques et métamorphiques et l'extension de la ceinture orogénique. 3 - Des corrélations sont proposées avec d'autres segments de la chaîne hercynienne ouest-européenne afin (i) de replacer les diverses pieces du "puzzle" de Belledonne' dans la zonation orogénique pré-carboni fère et (ii) de retrouver les secteurs présentant une évolution similaire au Dinantien.

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