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.

Le développement des Orientations Préférentielles de Forme (OPF) dans les roches magmatiques est souvent considéré comme résultant de la rotation des cristaux sous l'effet de contraintes anisotropes. Ce mécanisme a été étudié tant du point de vue théorique qu'expérimental. Cependant, les travaux expérimentaux sur le sujet, notamment ceux analogiques ont rarement considéré la cristallisation sous l'effet de contraintes différentielles.<br />Les travaux entrepris à haute température - haute pression (HT-HP) se proposaient d'étudier ce phénomène ainsi que la rotation des cristaux. Une telle étude nécessite de disposer d'un appareil de déformation des magmas fonctionnant à HT-HP. Ce mémoire présente les tests de deux appareils développés dans cette optique ainsi que ceux réalisés en presse Paterson. Une large place est également consacrée aux artefacts expérimentaux rencontrés et aux moyens mis en œuvre pour les résoudre.

Les phyllosilicates hydratés tels que les argiles sont à ce jour mal contraints thermodynamiquement. Leur domaine de stabilité, en particulier vis-à-vis de la température, est mal connu ; il est même inexistant pour certains auteurs, pour qui les argiles sont métastables. Nous utilisons un protocole expérimental dans lequel une succession d'équilibres locaux entre un fluide et des minéraux en précipitation se met en place le long d'un gradient thermique (Goffé et al., 1987). Nous obtenons ainsi une succession de minéraux néoformés à l'équilibre avec le fluide et la température, desquels nous déduisons les champs de stabilité thermique des différents assemblages minéralogiques. Les expériences ont été menées dans des systèmes chimiques simples : Mg-Al-Si-H2O (MASH), K-Al-Si-H2O (KASH), et K-Mg-Al-Si-H2O (KMASH). Les séquences de cristallisation observées le long du gradient thermique sont les mêmes lorsque les capsules contenant le matériel de départ sont interverties par rapport au gradient thermique. Cette « réversibilité » des expériences montre que les séquences de cristallisation sont bien l'expression d'un équilibre local. On observe, avec l'augmentation de température (de 200 à 350°C), les successions suivantes : smectite dioctaédrique → smectite trioctaédrique ; kaolinite → donbassite → chlorite trioctaédrique ; smectite → illite → muscovite ; ou encore kaolinite → illite + smectite → donbassite ; successions minéralogiques communément observées dans les systèmes hydrothermaux. Ces séquences expérimentales permettent de développer un modèle thermodynamique des phyllosilicates hydratés qui tient compte de l'évolution de leur état d'hydratation en fonction de la température. Ce modèle permet de mettre en évidence les champs de stabilité des argiles entre 200 et 300°C. Le dynamisme chimique et minéralogique mis en évidence dans ces systèmes expérimentaux est utilisé pour rendre compte des dissolutions/précipitations pouvant avoir lieu entre le fluide chaud et les épontes de granite dans le site de géothermie (Roche Chaude Fracturée) de Soultz-sous-Forêts, dont la pérennité dépend des éventuels changements de morphologie du réseau poreux lié à la fracturation. On constate expérimentalement que les feldspaths et les smectites forment l'ensemble du volume des silicates qui risquent le plus de précipiter, en plus des carbonates déjà décrits dans des études antécédentes et dont nous nous sommes affranchis dans cette étude.

Les séries du Chavanon, de la Sioule et d'Ussel sont situées au coeur du massif central français et constituent donc un secteur clé pour la compréhension de cette zone interne de l'orogène varisque en Europe de l'ouest. Leur métamorphisme inverse est traditionnellement expliqué par un empilement de nappes au cours d'un évènement unique au Dévonien. Cet édifice est ensuite affecté par le jeu de grands décrochements régionaux. Ce mémoire établit une comparaison entre les différentes séries grâce notamment à de nombreuses nouvelles données de terrain et de nouvelles données géochronologiques. La succession des déformations telle qu'elle peut être mise en évidence est la suivante : 1) un stade D1, caractérisé par une foliation S1 anatectique fortement pentée, 2) un stade D2 au cours duquel la S1 est reprise par une S2 de faciès amphibolite subhorizontale, de plus en plus pénétrative vers la base des séries et 3) le bâti est affecté par de grands décrochements (cisaillement de la Courtine notamment). Les nouvelles données géochronologiques mettent en avant un polyphasage des métamorphismes et des déformations. L'intégration de ces données dans un modèle géodynamique plus global fait appel à une structure de type " extrusion par poinçonnement ". La discussion met en avant les problèmes du modèle de nappes qui prévalait jusqu'ici.

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.

Cette étude porte sur les granites à cordiérite et sur leurs relations avec - h) les granitoîdes à 2 micas et -(2) les enclaves "basiques" associées. Les objets géologiques choisis sont principalement les massifs hercyniens circonscrits de Huelgoat (340..!... 9 Ma) et de Brignogan-Plouescat (292..!... 's Ma) et plus accessoirement le massif de ste Anne d'Auray (376 ..!...'9 Ma) et le batholite Mancellien (~s60..!... 20 Ma). Elle a pour buts : 1 - de définir les relations entre les granito'ïdes peralumineux à biotite-muscovite et à biotite-cordiérite. 2 - de déterminer les mécanismes de fractionnement de ces granitoïdes. 3 - de discuter la signification du magmatisme "basique" associé. 4 - de proposer un modèle pétrogénétique pour l'ensemble de ces granitoïdes à cordiérite: Les principaux résultats obtenus sont de 2 ordres : - Ceux d'ordre régional : - h) Le massif de Huelgoat peut désormais être considéré comme un exemple d'intrusions indépendantes à bords francs juxtaposées; la chronologie relative étant 1 - granite à 2 micas de La Feuillée et 2 - granite à cordiérite de Huelgoat et du Cloître (Le Cloître étant en enclave dans Huelgoat). - (2) Le massif de Brignogan - Plouescat représente l'une des intrusions hercyniennes les plus récentes et démontre l'importance des événements crustaux tardi-hercyniens souvent sous-estimés dans le Massif Armoricain; y est associé un important magmatisme "basique" à caractère magnésien et potassique. - Ceux d'ordre général : - h) La différence fondamentale entre les granites à biotite-muscovite et à biotite-cordiérite est à rechercher dans leurs caractères physiques de mise en place {P - T - H 2 0 - fO}- - (2) Pour tous ces granitoides, le mécanisme commun de fractionnement est la cristallisation fractionnée; les taux de fractionnement requis, bien que variables, restent toujours très faibles (, 20%). - (3) Le magmatisme "basique" associé à ces granitoîdes, représenté par les enclaves microgrenues sombres, est fort divers. Ces enclaves sont toujc l'rs des mélanges plus ou moins prononcés entre des magmas basiques et le granite hôte qui les contient. - (4) Tous ces granitoides p.roviennent de la fusion crustale de métasédiments alumineux en faciès granulite (résidu pri ncipalement composé de biotite, plagioclase et grenat). Les taux de fusion nécessaires sont toujours élevés (F > so%). Régionalement, le meilleur candidat pour cette source est le briovérien "profond". Cependant, on ne peut exclure une contamination des produits de fusion par des magmas "basiques"; ne serait ce' que pour expliquer les bas rapports initiaux du strontium de ces granitofdes 0Sr ~0,707). - (s) La production simultanée des magmas acides et "basiques" ne semble pouvoir être engendrée que par des phénomènes géologiques de grande ampleur tels que des grands cisaillements intracrustaux.

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 terrains cristallins de Belledonne et du Grand Chatelard sont étudiés du point de vue pétrologique, géochimique et structurale. Cette étude à mis en évidence d'Ouest en Est : (i) le caractère principalement chevauchant de l'accident médian, (ii) des conditions de T° et de P pour le métamorphisme des gneiss de St Rémy évaluées respectivement à 635 +/- 30°C et 4>P<6 kb, (iii) une mise en place du monzogranite des Sept Laux tardive par rapport à (iV) le complexe granitique de St Colomban, lui même composé de faciès hétérogènes comprenant des gneiss +/- migmatitiques, et de faciès plutonique allant des diorites à des leucogranites. Enfin, (v) la tectonique tardi-hercynienne puis alpine le long de l'accident de Fond de France entraine une mylonitisation progressive dans le faciès schistes verts, notamment des granitoïdes.

Le magmatisme Néogène italien est caractérisé par une grande variété pétrologique et géochimique, couvrant presque entièrement le spectre des roches magmatiques connues dans le monde entier. Le volcanisme récent, Quaternaire, comprenant des laves de composition<br />basiques et intermédiaires, est à la base de la majorité des modèles géodynamiques. Comparativement, le magmatisme acide, correspondant aux premières manifestations sur la marge Tyrrhénienne est beaucoup pour les édifices de la Province Toscane (San Vincenzo, Roccastrada et Amiata). Pour le volcan de Monte Amiata, de nouvelles données isotopiques Sr-Nd et Pb confirment qu'il est en terme de sources un hybride entre les Province Toscane et Romaine. Nous proposons grâce aux âges obtenus un nouveau scénario pour sa mise en place. L'analyse en composantes principales (ACP) des données isotopiques du Pb de toutes les manifestations acides étudiées dans cette thèse a permis d'identifier les deux composants source à l'origine de ces roches. Le composant le plus important est un pôle mantellique<br />correspondant à un mélange entre DM et HIMU, tandis que le second, dont le rôle est mineur comparé au premier, est un pôle enrichi de type crustal. Les roches acides les plus au Sud (Pontines) montrent une influence plus forte du composant DM+HIMU. Ainsi, même sur des<br />roches aussi différenciées et à plus petite échelle (l'Italie centrale), on retrouve la tendance générale propre à l'ensemble de la péninsule Italienne et de la Sicile, dérivée de l'étude isotopique des roches basiques, qui montre un mélange général entre DM et HIMU auquel s'ajoute un composant dérivé de la croûte. L'influence du pôle DM-HIMU est croissante du<br />Nord au Sud de l'Italie. Etendue à l'échelle de la marge Tyrrhénienne italienne, l'ACP permet d'identifier deux<br />domaines sources, délimités par une discontinuité lithosphérique majeure de l'Italie centrale, le 41ème Parallèle, dans lesquels les composants évoluent différemment. Les caractéristiques du domaine Nord pourraient être contrôlées par un processus de délamination de la lithosphère inférieure, celles du domaine Sud par un retrait rapide du slab, les deux<br />phénomènes provoquant une remontée asthénosphérique.