Melting processes in the mantle have a key role in plate tectonics and in the most colossal phenomena in the Earth, like large igneous provinces, mantle plume upwellings, and the constant growth of the planet's tectonic plates. In this study we use the geochemical and petrological evidence preserved in ophiolites, large igneous provinces, and intraplate seamounts to understand causes, timing and implications of melting in these different tectonic environments. We studied melting at extensional environments, in mid-ocean ridges and back-arc basins, preserved in ophiolites. The Santa Elena Ophiolite in Costa Rica comprises a well-preserved fragment of the lithospheric mantle that formed along a paleo-spreading center. Petrological models of fractional crystallization suggest deep pressures of crystallization of >0.4 GPa for most of the samples, in good agreement with similar calculations from slow/ultra-slow spreading ridges and require a relatively hydrated (~0.5 wt% H2O) MORB-like source composition. Our findings suggest a complex interplay between oceanic basin and back-arc extension environments during the Santa Elena Ophiolite formation. Secondly, we analyzed large igneous provinces and their mechanisms of formation. As the surface expression of deep mantle processes, it is essential to understand the time frames and geodynamics that trigger these massive lava outpourings and their impact to life in the planet. We analyze the record and timing of preserved fragments of the Pacific Ocean Large Igneous Provinces to reconstruct the history of mantle plume upwellings and their relation with a deep-rooted source like the Pacific Large Low Shear Velocity Province during the Mid-Jurassic to Upper Cretaceous. Lastly, we explore the occurrence of low-volume seamounts unrelated to mantle plume upwellings and their geochemical modifications as they become recycled inside the mantle, to answer questions related to the nature and origin of upper mantle heterogeneities. We present evidence that an enriched mantle reservoir composed of recycled seamount materials can be formed in a shorter time period than ancient subducted oceanic crust, thought to be the forming agent of the HIMU mantle reservoir endmember. A "fast-forming" enriched reservoir could explain some of the enriched signatures commonly present in intraplate magmas not related with an active mantle plume upwelling. / Ph. D.

En Corse alpine, les minéralisations sulfurées associées aux ophiolites apparaissent à différents niveaux de la séquence ophiolitique depuis les péridotites (transformées le plus souvent en serpentinites) jusqu'aux basaltes en passant par les gabbros. Les textures et les paragenèses métalliques montrent que le dépôt de la minéralisation se fait en deux stades. Le premier stade est quantitativement prédominant. Il est caractérisé par une paragenèse primaire de haute température (300 à 400 °C. Cette paragenèse est dominée par les sulfures de fer. Il s'agit soit de la pyrite dans les basaltes et les gabbros ; soit de la pyrrhotite hexagonale dans les serpentinites. Le stade tardif est caractérisé par une paragenèse de basse température, dominée par les sulfures de cuivre (principalement chalcopyrite et cubanite) traduisant l'enrichissement en cuivre des fluides tardifs.<br /> La mise en place des minéralisations sulfurées est liée à un système hydrothermal convectif établi dans la croûte océanique. Les interactions eau de mer - roches ont abouti à des transformations des roches à différents degrés de métamorphisme. L'étude minéralogique et paragénétique de ces transformations montre que le système hydrothermal a évolué en deux stades et avec une baisse de température. En se rapprochant des filons minéralisés, le quartz devient plus abondant et les minéraux secondaires s'enrichissent en fer. La pénétration des fluides jusqu'au dans le manteau supérieur est facilitée par les fissures des roches liées à la déformation intraocéanique.<br /> Le système hydrothermal responsable du dépôt des minéralisations sulfurées est lié au magmatisme tardif de la série de Rospigliani. Cette série montre des caractères magmatiques, tectoniques et sédimentaires particuliers permettant de placer sa genèse au niveau d'une zone transformante. Ce magmatisme est précédé par celui de la série de l'Inzecca qui présente des affinités avec les tholéiites reconnues actuellement à l'aplomb des dorsales océaniques de type normal. <br /> Le modèle génétique des minéralisations sulfurées associées aux ophiolites de Corse est comparable à ceux développés dans les rides océaniques actuelles et dans les ophiolites de Chypre et d'Oman.

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.

Les ophiolites présentent un grand interêt d'une part pour les reconstitutions géodynamiques des chaînes de montagnes, d'autre part pour l'étude détaillée des processus d'accrétion océanique. Ce memoire s'appuie principalement sur l'étude de trois terrains issus de la Téthys et présentant des caractères contrastés: - l'ophiolite de Semail, en Oman, est une des plus belles ophiolites du monde; sa taille permet la mise en évidence des variations longitudinales des processus d'accrétion à une échelle comparable à celle abordée dans les océans; - les ophiolites du Ladakh, préservées sous forme de klippes charriées sur la plaque indienne telle l'ophiolite de Spongtang, ou sous forme de petites écailles dans la suture et substratum de l'arc représentent des traceurs géodynamiques importants et indiquent des conditions opposées depuis l'accrétion jusqu'à l'obduction par rapport à l'ophiolite d'Oman; - les ophiolites tauriques présentent des caractère intermédiaires. Ce mémoire présente les résultats des études pétro-structurales menées dans ces ophiolites et les implications pour leur accrétion, leur histoire tectonique intra-océanique, et leur obduction. Les ophiolites omanaises présentent à l'affleurement une séquence souvent complète, et des structures témoignant d'un taux d'accrétion élévé. Les structures tranverses à l'axe sont rares et aucune n'interrompt la séquence crustale; les relations entre les différents faciès suggèrent une segmentation de la dorsale à l'échelle d'environ 30 km, qui évoluait avec le temps. A plusieurs endroits (Fizh, Haylayn) des 'overlaps' ou des 'propagating rifts' ont pu être mis en évidence. La séquence plutonique est constituée à part presques égales de gabbros et de wehrlites qui sont souvent interlités et pourraient représenter soit des ensembles de sills s'intrudant mutuellement, soit deux liquides coexistants mais immiscibles. Les structures internes de la série plutonique présentent souvent des variations et des images de recoupement à petite échelle; il est probable que ces variations reflètent la superposition de nombreuses petites chambres. Leur formation est expliquée par des cycles d'imprégnation de la zone de transition, celle-ci devenant périodiquement instable et intrudant la section crustale. Ces structures primaires sont en beaucoup d'endroits transposées par un flux visqueux, couplé avec le flux plastique des péridotites sous-jacentes. Ce couplage est particulièrement bien exprimé dans les gabbros de base, en contact direct avec les péridotites. Les autres ophiolites étudiées présentent des caractères bien différents, des séquences rarement complètes et des péridotites souvent moins déprimées, plus abondamment affectées par les zones de cisaillement lithophériques. La Klippe de Spongtang est composée essentiellement de péridotites, dans lesquelles les structures astenosphériques sont reprises par des zones de cisaillement s'organisant en deux familles: l'une à foliations sub-verticales et linéations sub-horizontales indiquant un mouvement décrochant, l'autre à structures sub-horizontales. Des wehrlites et gabbros peu repandus sont recoupés par des mini-complexes filoniens, orientés perpendiculairement aux cisaillements transverses. Ces structures suggèrent que l'accrétion de Spongtang eut lieu près de l'intersection d'une ride avec une zone transformante. Les facies et leur pétrologie présentent des caractères d'une ophiolite accrétée au droit d'une dorsale lente. Les critères structuraux et pétrologiques, ainsi que son âge crétacé inférieur, permettent de la comparer aux ophiolites Tibétaines, suggérant leur accrétion dans un domaine commun. L'obduction de la Klippe de Spongtang est tardive, contemporaine de la collision et résulte du glissement gravitaire d'un petit domaine océanique prédestiné par son relief, dans un bassin de mélanges dévelopé au pied de la marge passive de la platefrome nord-indienne. Ce scenario est complètement différent de celui proposé pour l'ophiolite omanaise. La zone de fracture d'Owen Chaman limite ici des domaines à evolutions différentes. Les structures des ophiolites tauriques suggèrent également une genèse dans un bassin océanique haché de zones transformantes, d'âge comparable à celles du Ladakh. Des cumulats bien développés, au moins localement, indiquent par contre un taux d'accrétion plus élevé. La tectonique intra-océanique est enregistrée par les cisaillements sub-horizontaux dans les amphibolites de semelle d'une part, et dans des brèches supraophiolitiques d'autre part.

La minéralisation cuprifère de Saint-Véran (Hautes-Alpes, France) est située dans la zone piémontaise. Elle consiste en un horizon sulfuré à bornite. digénite, chalcocite et blende, associée à un niveau de silicates sodiques. Ces matériaux se localisent à l'interface du substratum océanique et des métasédiments. L'assise ophiolitique est une ophicalcite particulière très hématisée. Les métasédiments subjacents sont des métaradiolarites présentant ici un faciès très siliceux. Ils composent la base de la série stratigraphique de la mine , analogue à la série de Chabrière. L'ensemble est affecté de 3 phases plicatives synschisteuses et dessine une synforme d'axe N-S. La présence d'aegyrine et de riébeckite dans le minerai et en niveaux condensés, serait l'expression d' un hydrotnermalisme océanique particulier ; en effet, la localisation de radiolaires en enduits dans les fissures de I'horizon sodique, indique la diagenèse précoce de ces matériaux et leur emplacement proche ou situé sur le fond marin. Les ensembles éruptifs tholéiitiques voisins suggèrent l'emplacement de la minéralisation dans un contexte distensif, à proximité d'une ride océanique active.

Η παρούσα διατριβή διερευνά την επίδραση των πετρογραφικών παραμέτρων στις φυσικομηχανικές ιδιότητες των οφιολιθικών πετρωμάτων Πίνδου και Βούρινου. Επιπρόσθετα, μελετώνται ορισμένα δείγματα από τα οφιολιθικά συμπλέγματα του Κόζιακα και της ανατολικής Όθρυος και ορισμένα Τριαδικά ηφαιστειακά πετρώματα από την περιοχή του Δομοκού. Tα συλλεχθέντα δείγματα αξιολογούνται για την καταλληλότητά τους ως αδρανή υλικά. Επιπλέον, διερευνάται η καταλληλότητα υγιών υπερβασικών δειγμάτων στη βιομηχανία πυρίμαχων. Στις υπό μελέτη εμφανίσεις πραγματοποιήθηκε λεπτομερής γεωλογική χαρτογράφηση. Ακολούθησε πετρογραφική εξέταση των επιμέρους λιθότυπων και ποσοτικοποίηση των ορυκτολογικών συστατικών τους. Εφαρμόστηκαν σύγχρονες τεχνικές με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, μικροσκόπιο φθορισμού και λογισμικό ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας. Διερευνήθηκε επίσης ο τρόπος διάδοσης των μικρορωγμών κατά τη μοναξονική φόρτιση των πετρωμάτων και δόθηκε έμφαση στην πιθανή συμμετοχή αμιαντούχων ορυκτών σε αυτά. Προσδιορίστηκαν οι γεωμετρικές, φυσικομηχανικές, φυσικοχημικές και χημικές ιδιότητες των δειγμάτων και διαπιστώθηκε ότι οι βασικοί λιθότυποι παρουσιάζουν υψηλότερη μηχανική αντοχή από τους υπερβασικούς, ενώ οι τραχίτες έχουν συνήθως μεταβατικά χαρακτηριστικά μεταξύ των δύο παραπάνω κατηγοριών πετρωμάτων. Οι συσχετίσεις μεταξύ των προσδιορισθέντων ιδιοτήτων διερευνήθηκαν με ανάλυση παλινδρόμησης και παραγοντική ανάλυση. Οι ιδιότητες των βασικών και υπερβασικών λιθότυπων τείνουν να βελτιώνονται όσο μειώνεται ο βαθμός εξαλλοίωσης. Εξαίρεση αποτελεί ο δείκτης αντίστασης σε στίλβωση, ο οποίος τείνει να βελτιώνεται αυξανομένου του βαθμού υδροθερμικής μεταμόρφωσης. Για τους δολερίτες διατυπώθηκαν δύο νέοι μικροπετρογραφικοί δείκτες, ο δείκτης αντοχής (Ips) και ο δείκτης αντικατάστασης (Irep), οι οποίοι αποτελούν ποσοτική έκφραση των πετρογραφικών μεταβολών που λαμβάνουν χώρα κατά την εξαλλοίωση. Για τους υπερβασικούς λιθότυπους εισήχθηκε ο λόγος OOS, ο οποίος εκφράζει το βαθμό διατήρησης των πρωτογενών ορυκτών κατά τη σερπεντινίωση. Για τον προσδιορισμό του βαθμού εξαλλοίωσης των υπερβασικών πετρωμάτων εισήχθηκε ο δείκτης ευκίνητων στοιχείων (Im). Οι υπό μελέτη λιθότυποι είναι κατάλληλοι για χρήση ως αδρανή σκυροδεμάτων, κονιαμάτων, οδοποιίας, σκύρων σιδηροτροχιών, φίλτρων και βράχων θωράκισης, με εξαίρεση τους έντονα σερπεντινιωμένους και τεκτονισμένους χαρτσβουργίτες και τους τραχίτες. Ακόμη, τα υγιή υπερβασικά δείγματα είναι κατάλληλα για χρήση ως πρώτες ύλες στη βιομηχανία πυρίμαχων. / The present thesis aims at investigating the influence of petrographic factors on the physicomechanical properties of the Pindos and Vourinos ophiolitic rocks. Samples were also collected from the Koziakas and eastern Othrys ophiolitic complexes, as well as from an exposure of Triassic volcanic rocks near the Domokos locality. The evaluation of the collected samples for their suitability as aggregates is attempted. In addition, selected ultrabasic samples are evaluated for their suitability in refractory industry. The studied areas were thoroughly mapped. The petrographic characteristics of each lithotype were examined and their mineralogical composition was quantified. Modern techniques were also applied, using scanning electron microscopy and fluorescent microscopy, in combination with digital image analysis. Additionally, the microcrack propagation during uniaxial compression was investigated, as well as the potential existence of asbestiform minerals in each sample. The geometrical, physicomechanical, physicochemical and chemical properties were determined for each rock sample. The basic lithotypes have higher strength than the ultrabasic. The trachytes usually have characteristics transitional between the basic and ultrabasic lithotypes. The interrelationships between the various properties were examined using regression and factor analysis. The properties of the basic and ultrabasic lithotypes tend to improve when the degree of alteration decreases. Exceptionally, the polishing resistance tends to increase with an increasing degree of hydrothermal metamorphism. Two new micropetrographic indices were proposed for the dolerites, the micropetrographic strength index (Ips) and the replacement index (Irep). These indices reflect and quantify petrographic transformations which take place during alteration. The ratio OOS was introduced for the ultrabasic samples, which reflects the degree of preservation of the primary mineral phases during serpentinization. Additionally, the index of mobile elements (Im) was introduced in order to quantify the degree of alteration of ultrabasic rocks. The studied rock types are suitable for the production of aggregates for concretes, mortars, road construction, railway track ballast, filters and armourstone. The only unsuitable samples are the intense serpentinized and tectonized harzburgites and the trachytes. In addition, the fresh ultrabasic samples can be used as raw materials in the refractory industry.

Le complexe de Bay of Islands (BOI), situé sur la côte ouest de Terre-Neuve au Canada, est l'un des systèmes de subduction fossiles les mieux préservés de la planète. Le complexe de BOI est constitué de matériel allochtone mis en place sur le continent Laurentia lors de la phase Taconienne de l'orogénèse Appalachienne. Il se compose d'une ophiolite reposant sur une semelle métamorphique. La semelle métamorphique de BOI comprend, du sommet vers la base, des granulites à grenat et clinopyroxène, des amphibolites à grenat et clinopyroxène, des amphibolites communes et des roches métasédimentaires. Deux types de protolithes peuvent être distingués parmi la portion mafique de la semelle : des protolithes cumulatifs gabbroïques avec des Mg# élevés et des compositions appauvris en éléments traces ainsi que des protolithes basaltiques avec des contenus en éléments traces similaires à des N-MORB. La datation de titanite provenant de deux amphibolites communes permet de fixer un âge minimum pour le métamorphisme à 485 ± 4 Ma. Les données détritiques U-Pb sur zircon de la partie métasédimentaire de la semelle de BOI forment un spectre d'âges allant de l'Archéen à l'Ordovicien dominé par la population la plus jeune dont le pic se situe à c. 490 Ma. Ce pic est interprété comme l'âge maximal de déposition des sédiments. L'origine de ces jeunes détritus peut être attribuée au magmatisme associé à l'orogénie Taconienne. Les données obtenues indiquent que 1) l'initiation de la subduction responsable de la formation du complexe de BOI s'est produite dans le domaine océanique possiblement à une faille de détachement avant c. 485 Ma et 2) les sédiments constituant la partie métasédimentaire de la semelle proviennent de la plaque supérieure et se sont déposés sur la plaque inférieure lorsque la subduction était déjà en cours.