L'activité des volcans andésitiques au niveau des arcs insulaires est caractérisée par une grande diversité dans leur style éruptif. Le dynamisme d'un même édifice volcanique peut aussi bien s'exprimer par une alternance d'éruptions de type "plinien" ou bien de type "peléen". Le sujet comporte deux aspects liés au fonctionnement local de la Soufrière de Guadeloupe et de la Montagne Pelée : l'étude de la dynamique d'une chambre magmatique superficielle et l'étude des phénomènes liés au dégazage des produits lors de la remontée dans le conduit volcanique.<br />Le premier aspect repose sur l'étude d'une éruption particulière de la Soufrière de Guadeloupe (1440 AD). La stratégie d'étude a été de coupler une étude pétrographique des produits émis avec une étude expérimentale. Cette approche nous a permis de contraindre avec précision les conditions pré-éruptives ainsi que la dynamique de la chambre magmatique qui s'est avérée être zonée thermiquement et chimiquement. <br />Le second aspect a consisté en l'acquisition des données naturelles et expérimentales sur les produits des éruptions historiques de la Montagne Pelée afin d'apporter des éléments nouveaux pour la compréhension du dynamisme des magmas andésitiques dégazés. La nature des produits a nécessité de coupler différentes approches (étude texturale des produits naturels, teneur en eau des verres résiduels, anisotropie de susceptibilité magnétiques sur les produits de dômes, expériences de décompressions contrôlées et acquisition de données expérimentales à basse pression).

L'ophiolite d'Oman est un fragment de dorsale océanique téthysienne obducté sur la marge continentale arabe. Sa section mantellaire contient de nombreux filons basiques assimilés à un réseau de drainage magmatique mantellique fossile ayant alimenté la croûte. L'étude pétrographique et microsonde d'un millier de filons conduit à définir une quarantaine de types lithologiques différents montrant une grande variété de conditions pétrogénétiques dans le manteau. Ces lithologies appartiennent à deux séries de différenciation dont les caractères pétrographiques et géochimique sont bien distincts. La première s'apparente à une série tholéiitique de type N-MORBs et affleure dans quelques régions limitées dont une bande parallèle à l'axe de la paléo-dorsale centrée sur la zone diapirique de Maqsad. L'alimentation de la croûte (majoritairement de type "N-MORB") s'est probablement focalisé au niveau de ces quelques zones. La chimie de ces cumulats couvre largement le domaine des MORBs, illustrant la faiblesse du mélange dans un réseau de drainage magmatique au sein du manteau et la précocité de la cristallisation dans l'histoire des magmas. Les caractères pétrographiques montrent que ces magmas ont circulé dans un environnement "asthénosphérique" relativement chaud. La seconde série s'apparente à un magma parent plus siliceux et déprimé de type andésitique. Elle affleure sur la plus large part de la section mantellaire et est quasi absente dans les zones "tholéiitiques". Les modes d'affleurement et les caractères pétrographiques de ces filons impliquent un contraste de température liquide-encaissant qui pourrait provoquer une cristallisation rapide du magma. Ce qui entraînerait une difficulté d'extraction à l'origine de leur rareté dans la section crustale omanaise. Certains caractères chimiques de ces roches et l'existence de lithologies métamorphiques magnésiennes sont compatibles avec la refusion d'un manteau déprimé hydraté lors d'un précédent épisode d'hydrothermalisme.

Dans la chaîne hercynienne d'Europe occidentale, la majeure partie des granitoïdes se mettent en place en contexte de collision continentale, mais postérieurement à l'épaississement. Ce sont des granitoïdes de collision, postépaississement. L'exemple étudié est le complexe granitique de Pontivy-Rostrenen (Massif Armoricain, France). Il est constitué d'une association de granitoïdes variés parmi lesquels quatre principaux types sont reconnus. Des granites à deux micas fortement peralumineux, un leucogranite très évolué (plus acide), un monzogranite à biotite peralum ineux et une monzodiorite potassique. L'étude pétrographique et géochimique (majeurs, traces, isotopes) de ces granitoïdes et de leurs relations mutuelles, nous a permis d'élaborer un modèle pétrogénétique, mettant en évidence trois épisodes de fusion crustale, faisant appel à des mécanismes et à des sources différents: - fusion partielle à grande échelle, résultant du rééquilibrage thermique de la croûte et favorisée par la circulation de fluides drainés par le cisaillement sud armoricain; - fusion induite par l'ascension de magmas lamprophyriques dans la croûte, avec production de magmas hybrides; - fusion d'un niveau crustal différent, probablement plus superficiel donnant naissance à un magma très évolué, de basse température; L'étude d'une telle association permet d'approcher indirectement les mécanismes de fusion crustale et la nature des diverses sources activées lors du rééquilibrage d'une chaîne épaissie.

L'objectif principal de ce travail est de déterminer dans quelle mesure l'étude de phénomènes physiques, secondaires par rapport à la différenciation magmatique, permet d'apporter des contraintes pour la reconstitution de l'évolution des chambres magmatiques. Dans un premier temps, une étude pétrologique de l'objet choisi -le Complexe plutonique Nord de Guernesey- a été réalisée. On en retire à la fois des résultats intéressant la géologie régionale et les paramètres de base pour l'étude des phénomènes physiques secondaires. Les résultats d'ordre régional consistent en la mise en évidence ou la confirmation de plusieurs points. On a ainsi montré que le Complexe plutonique Nord de Guernesey est un massif calco-alcalin d'âge cadomien (550-560 Ma) constitué de quatre intrusions. Les deux ensembles les plus basiques: le Gabbro de Saint-Peter-Port et le Groupe Dioritique de Bordeaux sont des formations litées qui constituent les témoins d'une ancienne chambre magmatique. Les relations entre gabbros et diorites ne peuvent être établies avec certitude, mais plusieurs critères pétrographiques et géochimiques incitent à penser qu'ils se - rattachent à une même évolution magmatique. Les deux intrusions les plus acides: la Granodiorite de L'Ancresse et le Granite de Cobo apparaissent résulter du mélange d'un constituant basique apparenté aux liquides gabbro-dioritiques et d'un constituant dérivant de la fusion crustale induite par la mise en place de la chambre magmatique basique. Le Groupe Dioritique de Bordeaux, et plus précisément le type Beaucette que l'on observe sur la côte Est de l'île, présente de nombreuses figures particulières traduisant l'intervention de phénomènes magmatiques divers venant se superposer à l'évolution magmatique principale par cristallisation fractionnée. On a ainsi des indications de l'importance des phénomènes tels que les mélanges dans les chambres magmatiques calco-alcalines. Certaines structures qui évoquent des figures de charge sédimentaires sont particuiièrement bien déveioppées à ia pointe Nord-Est de l'île. Ce sont elles qui ont été choisies pour étudier l'importance des phénomènes physiques de second ordre dans les chambres magmatiques. En effet, les mécanismes d'instabilité gravitaire ont une signification suffisamment simple pour permettre ce type d'approche.

Le 8 mai 1902, L'Eruption meurtrière de la montagne Pelée (MARTINIQUE) tua 30000 personnes et dévasta la ville de St Pierre, nous rappelant qu'il est un des volcans français les plus dangereux. Les produits pyroclastiques des derniers 10 000 ans de ce volcan témoignent de deux types d'éruptions : les éruptions pliniennes, aux colonnes éruptives de plusieurs Km de haut dont les dépôts sont très vésiculés ; et éruptions péléennes, caractérisées par l'extrusion d'un dôme de lave peu vésiculée qui s'écroule au cours de sa croissance en « nuées ardentes », le plus souvent de faible explosivité, mais pouvant être dramatiquement violentes comme le fût la déferlante du 8 mai 1902. Ces deux types éruptifs n'ont évidemment pas les mêmes conséquences en terme de risques volcaniques et de zones menacées. Déterminer le ou les facteurs(s) qui conduise(nt) vers l'un ou l'autre de ces deux types d'éruption est donc un enjeu important pour la compréhension générale des éruptifs des stratovolcans andésitiques et également pour la gestion de futures crises volcaniques de la Montagne Pelée. Le déterminisme entre une éruption plinienne ou péléenne peut être acquis par des différences de composition des magmas, par des différences des conditions pré-éruptives (pression, température, teneurs en volatils, fugacité d'oxygène) dans la chambre andésitique, ou au cours de l'éruption, pendant l'ascension des magmas dans le conduit magmatique (vitesse de montée dégazage du magma). Notre étude consiste à déterminer, par une étude lithologique des produits émis et par une étude expérimentale, les conditions pré-éruptives et les conditionséruptives des magmas pliniens et péléens de la période récente de l'édification de la Montagne Pelée.<br />Les équilibres de phase déterminés expérimentalement suggèrent que les conditions pré-éruptives des magmas pliniens et péléens de la période récente de la Montagne Peléesont comparables. Ces conditions pré-éruptives sont environ 2kb, 900°C, NNO+0.7, 5.5-6 % d'eau. Ceci révèle que les éruptions pliniennes et péléennes ne sont pas déterminées par des teneur en eau différentes des liquides silicatés dans la chambre magmatique. Le déterminisme en éruptions pliniennes et péléennes s'acquiert par conséquent au cours de l'ascensiondes magmas. les calculs théoriques de vésiculation et les expériences de dégazage montrent que les magmas péléens dégazent plus que les magmas pliniens. De plus, ce dégazage s'effectuerait en "système fermé" pour les magmas pliniens et en "système ouvert" pour les magmas péléens. Bien que ces différentes modalités de dégazage peuvent être acquises relativement tôt dans l'histoire de l'ascension du magma, les données pétrologiques suggèrent néanmoins que le magma garde une capacité à se vésiculer à proximité de la surface, permettant le passage brutal d'une phase péléenne à une phase plinienne.

Les semelles métamorphiques sont des unités d’origine océanique (≤ 500 m d’épaisseur) situées à la base des grandes ophiolites obductées (≤ 20 km d’épaisseur). Ces unités sont caractérisées par un gradient métamorphique inverse, où les conditions de pression (P) et de température (T) de cristallisation augmentent de la base vers le contact avec l’ophiolite sus-jacente : depuis 500±100˚C et 0.5±0.2 GPa jusqu'à 800±100˚C et 1.0±0.2 GPa. Formées et exhumées au cours des 2 Ma suivant l’initiation des subductions océaniques, les semelles sont des témoins directs de leur dynamique précoce. Les assemblages minéralogiques qu’elles portent et leur déformation fournissent des contraintes majeures, et rares, sur l’évolution de la structure thermique et sur le comportement mécanique de l’interface de subduction naissante. Au terme d'une étude pétrologique, (micro-) structurale et expérimentale sur les amphibolites naturelles de la semelle de Semail (Oman, UAE) et synthétisées en laboratoire, nous proposons un modèle où la semelle métamorphique résulte d’épisodes multiples d’accrétion d’unités homogènes en P–T (donc sans gradient métamorphique) au cours des premières étapes de subduction océanique. L’écaillage subséquent résulte de changements majeurs dans la distribution de la déformation, du fait des variations des propriétés mécaniques des roches à l’interface de subduction lors de son équilibration thermique et de l’augmentation au cours du temps de la proportion de sédiments entrant en subduction. Ce modèle rend compte d’une grande complexité thermique et mécanique à l’interface de subduction, encore insuffisamment examinée dans les études numériques actuelles. / Metamorphic soles are m to ~500 m thick tectonic slices welded beneath most large-scale ophiolites (usually ≤ 20 km thick). They typically show a steep inverted metamorphic structure where the pressure (P) and temperature (T) conditions of crystallization increase upward, from the base of the sole (500±100ºC at 0.5±0.2 GPa) to the contact with the overlying peridotite (800±100ºC at 1.0±0.2 GPa). Soles are interpreted as a result of heat transfer from the incipient mantle wedge toward the nascent slab during the first My of intra-oceanic subduction. Metamorphic soles are therefore direct witnesses of petrological processes during early subduction. Their mineralogical assemblage and deformation pattern provide major constraints on the evolution of the thermal structure, on the migration of fluids and on the effective rheology along the nascent slab interface. We present a detailed petrological, (micro-)structural and experimental study, with refined P–T estimates obtained with pseudosection modelling and EBSD measurements, on the garnet-bearing and garnet-free (natural and synthetized) amphibolite. We suggest a new tectonic–petrological model for the formation of metamorphic soles below ophiolites, which involves the stacking of several homogeneous slivers (without any T gradient) of oceanic crust to form the present-day structure of the sole. These successive thrusts are the result of rheological contrasts between the slab material and the peridotites of the upper plate as the plate interface progressively cools. This model outlines the thermal and mechanical complexity of the early subduction dynamics, and highlights the need for more refined numerical modelling studies.

Les Vosges sont caractérisées par la présence de nombreuses intrusions et extrusions magmatiques d’affinités variées. Elles constituent donc un excellent site d’étude pour contraindre, par la datation et la géochimie, l’évolution des évènements de ce segment de l’orogène Varisque. Ce travail révèle ainsi deux successions d’évènements magmatiques identiques, décalées dans le temps, caractérisent les domaines Moldanubien (360 à 320 Ma) et Saxothuringien (335 à 295 Ma). Ces successions d’évènements magmatiques résultent de deux processus majeurs. L’avancée des croûtes continentales subduites et sous-plaquées au niveau du Moho sous les blocs continentaux permet le passage du magmatisme calco-alcalin au magmatisme calco-alcalin riche en potassium. L’apport de chaleur par désintégration des éléments radiogéniques (K, U et Th) présents dans ces croûtes continentales subduites permet, dans un premier temps, la formation du magmatisme magnésio-potassique en profondeur. Dans un second temps, elle permet la formation du magmatisme d’origine crustale par l’intrusion du magmatisme magnésio-potassique, riche en K, U et Th, à la limite croûte moyenne - croûte supérieure. Ces successions d’évènements magmatiques et particulièrement, la présence des granites magnésio-potassiques, relient clairement les Vosges à la partie Est de l’orogène Varisque (Forêt Noire, Massif de Bohème, Alpes et Corse-Sardaigne). / The Vosges Mountains are characterized by the presence of numerous magmatic intrusions and extrusions of varied affinities. Accordingly, they constitute the best site to investigate, by dating and geochemistry, the evolution of the events affecting this segment of the Variscan orogeny. Two successions of identical magmatic events, shifted in the time, are identified, characterizing both Moldanubian (360 to 320 Ma) and the Saxothuringian (335 to 295 Ma) domains. These successions of magmatic events result of two major process. The progress of subducted and underplated continental crusts at Moho depth under continental blocks permits to shift from calc-alkaline to high potassic calc-alkaline magmatism. The radiogenic heat production from latter underplated continental crusts, in a first time, permits to generate magnesio-potassic magmas at depth. Then, this radiogenic heat permits to generate crustal magmas by intrusion of magnesio-potassic magmas rich in K, U and Th at mid-upper crust boundarie. These successions of magmatic events and particularly, the presence of the magnesio-potassic granites, imply a strong link between the Vosges Mts. and the eastern part of the Variscan orogeny (Black Forest, Bohemian Massif, the Alps and Corsica Batholith).

Cette étude vise à caractériser la composition chimique d’enclaves de pyroxénites échantillonnées par le volcanisme cénozoïque intraplaque de la province volcanique de Azrou Timahdite dans le Moyen Atlas marocain afin de préciser leur origine et leur signification dans le cadre de l’évolution géodynamique du manteau sous l’Afrique du Nord. Les interprétations sont basées sur une étude pétrologique et sur des données géochimiques à l’échelle de la roche totale et du minéral. Les données sont utilisées dans le cadre du débat récurrent pour savoir si les pyroxénites représentent d’anciens événements magmatiques ou sont des fragments de croûte océanique recyclés dans le manteau lithosphérique. Les données géochimiques montrent que les pyroxénites du Moyen Atlas ont été formées par différents processus : 1 - recyclage de croûte océanique dans le manteau lithosphérique; 2 – réactions entre un magma et des roches basiques anciennes ; 3 – cristallisation dans le manteau à partir d’un magma enrichi. L’origine et l’âge des pyroxénites formées par recyclage de la croûte océanique ou par réaction entre un magma et des roches plus anciennes sont difficile à interpréter dans le cadre de l’évolution géodynamique de cette région. Par analogie avec les massifs de Ronda et de Beni Bousera, ces pyroxénites pourraient représenter d’anciennes roches basiques isolées depuis très longtemps dans le manteau lithosphérique sous-Continental. Ces fragments de croûte océanique et certaines signatures crustales peuvent être reliés à des processus de subduction pan-Africains. Dans ce cas, ces pyroxénites ont gardé leur signature géochimique intacte, sans modification significative au cours du temps. / The Ph.D. study is aimed at characterising the composition of pyroxenite xenoliths brought to the surface by Cenozoic intraplate volcanism in the Azrou Timahdite district of Middle Atlas (Morocco) to unravel their origin and significance in the frame of the geodynamic evolution of the North Africa lithospheric mantle. The interpretations are based on a petrological approach and on reliable geochemical information at both bulk rock and mineral scale. The data are used to address a largely debated and crucial issue, namely whether pyroxenites do represent ancient magmatic events or section of subducted crust recycled into the lithospheric mantle. The geochemical data revealed that the Middle Atlas pyroxenites formed through different processes: 1 – recycling of older oceanic crust in the lithospheric mantle; 2 – reactions between mantle melt and older mafic layers; 3 – magmatic crystallization from enriched melts at mantle depth. In an overall geodynamic scenario, the origin and age of the pyroxenites interpreted as fragments of recycled oceanic crust and as products of melt-Rock interaction processes are not completely understood. By analogy with Ronda and Beni Bousera these pyroxenites could represent old mafic rocks that have been isolated in the subcontinental lithospheric mantle for very long time spans. The fragments of oceanic material and the crustal components recorded by pyroxenites may be tentatively related to subduction processes occurred during Pan-African times. If so, these pyroxenites maintained for long time their pristine geochemical signatures without marked changes.

Cette thèse présente une quantification du CO2 dans le manteau lithosphérique Pannonien par l'étude de xénolites de péridotites remontées par le volcanisme alcalin de la Bakony, au nord du lac Balaton. Les études texturales et compositionnelles de xénolites ont mis en évidence un métasomatisme polyphasé du manteau lithosphérique. Le dernier épisode métasomatique résulte de la percolation de liquides silicatés de type adakite, issus de la fusion d'une lithosphère subductée. Lors du métasomatisme, ces fluides primaires ont réagi avec des amphiboles métasomatiques, pour former les magmas parents de la suite calco-alcaline observée à la surface du bassin. Le bilan CO2 de ces magmas et du manteau sous Pannonien a été contraint par une approche innovante couplant : (1) de la microtomographie au rayonnement synchrotron, (2) des mesures NanoSIMS, Raman et microthermométriques, et (3) des modélisations thermodynamiques. Les concentrations en CO2 des fluides primaires ont été quantifiées entre 9.0 et 25.4 wt. %, validant ainsi une source riche en fluides. Des teneurs de ~2000 ppm de CO2 ont été estimées comme représentatives du manteau lithosphérique Pannonien. Cet important réservoir lithosphérique de CO2 est probablement drainé par le système tectonique décrochant de la Mid Hungarian Zone, entrainant l'omniprésence de CO2 mantellique dans le Bassin pannonien. / This work presents a quantitative investigation of the CO2 in the lithospheric mantle by the study of peridotite xenoliths brought up to the surface by alkaline volcanism in the Pannonian Basin (Central Europe). Textural and geochemical studies of mantle xenoliths highlight a polyphased metasomatism of the lithospheric mantle. The last metasomatic event is related to the percolation of silicate melts of adakite-like compositions, originated from slab melting. During metasomatism, primary fluids reacted with metasomatic amphiboles to form parental melts of the calc-alkaline series observed at the surface of the Pannonian Basin. The CO2 budget of adakite-like magmas and of the mantle below the Pannonian Basin was then constrained by an innovative approach on mantle xenoliths using (1) synchrotron X-ray microtomography, (2) NanoSIMS, Raman spectroscopy and microthermometry, and (3) thermodynamic models. The CO2 concentrations in adakite-like melts were estimated between 9.0 and 25.4 wt. %, in agreement with a fluid-rich source. CO2 concentrations of ~2000 ppm were determined as representative of the Pannonian lithospheric mantle. This significant CO2 lithospheric reservoir is probably tapped by the major shear zone of the Mid Hungarian Zone, resulting in the omnipresence of mantle CO2 in the Pannonian basin.

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