Une étude pétrographique, minéralogique et géochimique des bassins sédimentaires silicoclastiques intracontinentaux protérozoïques de Waterberg (Craton de Kaapvaal, Afrique du Sud), Cariewerloo (Craton de Gawler, Sud de l'Australie), Satakunta et Muhos (Bouclier Fennoscandien, Finlande), reposant en discordance sur un socle paléoprotérozoïque à archéen, a été réalisée. Une comparaison avec d’autres districts du monde d’âge et de lithologie semblables (le bassin d’Athabasca au Canada, le bassin de Kombolgie en Australie et le bassin de Pasha- Ladoga en Russie) auxquels sont associés les gisements d’uranium de type discordance les plus importants. Les études réalisées ont permis de reconstituer la nature des phases détritiques et leur évolution au cours de la diagenèse et des événements hydrothermaux, afin d’évaluer l’intérêt que représentent les sédiments de ces bassins pour l’exploration d’uranium par comparaison avec les bassins fortement minéralisés de l’Athabasca et de Kombolgie. Cette étude montre que les sédiments clastiques de tous ces bassins sont caractérisés par une forte immaturité des matériaux sédimentaires, une forte oxydation, ainsi qu’une diagenèse ou un métamorphisme de haute température. Ces sédiments riches en feldspath potassique et plagioclase avec fréquemment des clastes anguleux résultent d’un transport court depuis une zone source peu soumise à l’altération pédogénétique dans un contexte tectonique très actif, contrairement aux sédiments de l’Athabasca et de Kombolgie. Toutefois, des circulations importantes de fluides ont été mises en évidence au toit des socles des bassins de Cariewerloo et à un degré moins important à Satakunta et à Muhos, comme l’indique l’altération argileuse de ces roches. Cette altération étant toutefois modérée par rapport à celle observée dans les bassins de l’Athabaska et de Kombolgie. Ces circulations de fluides ont conduit à l’altération de zircon, ainsi qu’à la formation de chlorites ferrifères et de carbonates. / A mineralogical, petrographic and geochemical study of the proterozoic siliciclastic sedimentary intracontinental basins of Waterberg (Kaapvaal Craton, South Africa), Cariewerloo (Gawler Craton, South Australia), Satakunta and Muhos (Fennoscandian Shield, Finland), unconformably overlying archaean and paleoproterozoic basement, have been characterized and compared with other districts throughout the world similar in age and lithology (the basin of Athabasca in Canada, the basin of Kombolgie in Australia, and the basin of Pasha-Ladoga in Russia) which are associated with uranium ore deposits. The realized study made it possible to reconstitute the nature of the detrital phases and their evolution during diagenesis and hydrothermal events, in order to evaluate the interests that represent the sediments of these basins for the exploration of uranium by reference to strongly mineralized Athabasca and Kombolgie basins. This study shows that the clastic rocks of all of these basins are characterized by a high immaturity of sedimentary materials, a strong oxidation, as well as a diagenesis or a metamorphism of high temperature. These sediments, rich in potassic feldspar and plagioclase with frequently angular clasts, were transported over a short distance from the source area and subjected to a limited pedogenic alteration in a very active tectonic context, contrary to the sediments of the Athabasca and Kombolgie basins. However, significant fluid circulations took place as shown by the presence of an argillaceous alteration on the roof of the basement of the Cariewerloo, Satakunta and Muhos basins, as the argillaceous alteration. This alteration remains however moderate compared to that observed in the Athabasca and Kombolgie basins. These fluid circulations are related to zircon alterations, and essentially to the formation of Fe-chlorite and carbonate.

L’évolution progressive des conditions thermiques enregistrées dans les roches métamorphiques suggère que la géodynamique globale est passée d’un régime archéen peu mobile à la tectonique des plaques moderne telle que nous la connaissons. La présence de styles tectonométamorphiques contrastés au Paléoprotérozoïque implique que cette période est clé et transitoire, mais le moment de l’initiation de la transition, sa durée et son expression géologique sont encore largement débattus. Un des éléments de réponse se trouve dans la croûte moyenne à inférieure qui joue un rôle primordial lors de la collision continentale en stabilisant la masse orogénique en réponse au raccourcissement. La quantification du métamorphisme des séquences supracrustales de cet âge sert alors de base à la compréhension des processus accrétionnaires qui s’opèrent au cœur des orogènes en particulier d’âge paléoprotérozoïque, et permet à la fois de discuter du comportement des géochronomètres lors d’épisodes d’anatexie prolongés et d’investiguer la nature des terranes granulitiques. Une approche pétrochronologique quantitative est appliquée sur des séquences supracrustales de l’Orogène Trans-Hudson (OTH), combinant des observations de terrain, de la pétrographie optique, de la microcartographie élémentaire SEM-MLA et microXRF, de la géochimie des éléments majeurs et traces EPMA et LA-ICP-MS, de la modélisation d’équilibres de phases, et de la géochronologie Lu-Hf sur grenat et U-Pb sur zircon, monazite et rutile. Les résultats permettent de définir des chemins Pression-Température-temps-Chimie-Déformation (P-T-t-X-D) et de quantifier le métamorphisme prograde et rétrograde, l’initiation, la durée et les conditions d’épisodes de fusion partielle, ainsi que les taux d’enfouissement et d’exhumation. Finalement, nos résultats permettent d’estimer l’initiation de la collision continentale par un enregistrement métamorphique direct et s’insèrent dans la. Cette thèse s’intéresse au matériel de croûte moyenne provenant du sud-est de la Province du Churchill (SEPC), une branche de l’OTH coincée entre les cratons du Supérieur et Nord Atlantique qui affleure au Québec et au Labrador, Canada. Un échantillonnage ciblé le long d’un transect est-ouest permet de retracer l’histoire tectonométamorphique de la province, principalement affectée par l’épisode orogénique trans-husonien entre ~1900 et 1800 Ma. L’empreinte métamorphique de l’OTH est diachrone d’un bord à l’autre du SEPC, et principalement enregistrée dans les deux ceintures orogéniques du Nouveau Québec et des Torngat. On estime l’âge de la collision continentale à ~1885 Ma dans l’Orogène des Torngat et argumente que la marge occidentale du craton Nord Atlantique n’a pas été remobilisée durant cet épisode. Le collage des domaines de Kuujjuaq et de George, deux blocs crustaux du centre de la province, est daté à ~1836 Ma. La collision continentale dans l’ONQ est estimée autour de 1800 Ma et associée au développement d’une discontinuité tectonométamorphique entre la plaque supérieure de l’Orogène du Nouveau Québec (Domaine de Kuujjuaq) et son propre bassin d’avant-pays (Zone Rachel-Laporte) en réponse au raccourcissement. Une exception métamorphique est enregistrée dans le Complexe de Mistinibi, un des blocs lithotectoniques paléoprotérozoïques du SEPC, où l’épisode granulitique est daté autour de ~2100 Ma. On avancedes arguments pétrochronologiques datant le métamorphisme prograde à ~2150 Ma suivi d’une longue histoire suprasolidus (~55-70 Ma) entre 2140 et 2070 Ma. Nous interprétons que ce domaine a agi comme un bloc restitique rigide placé en position super-crustale lors de l’évènement majeur hudsonien, ce qui a permis de préserver son histoire métamorphique et empêché une remobilisation subséquente. Dans l’ensemble, ce modèle diachrone de collisions et collages crustaux successifs est en accord avec un régime accrétionnaire à collisionnel en contexte modérément chaud. Le SEPC expose alors des caractéristiques communes à des régimes tectoniques archéens et à la tectonique des plaques moderne. / The secular changes of thermal conditions recorded by metamorphic rocks suggest that the Earth’s geodynamic regime transitioned froman Archean stagnant lid toward the modern global plate tectonic regime. The occurrence of contrasting tectonometamorphic styles during the Paleoproterozoic Era imply that this time period was a pivotal point but the timing, duration and geological expression of this geodynamic transition are still debated. Some of the answers occur in the middle-to-lower crustal rock record which plays a major role during collision as it accommodates the shortening and stabilizes the whole orogenic structure. Thus, themetamorphic record of supracrustal sequences constitutes a direct window on the accretionary processes that occur in the core of Paleoproterozoic orogens and the nature of granulitic terranes. We apply a systematic integrated petrochronology approach that combines field work; optical petrography; SEM-MLA and micro XRF mapping; EPMA and LA-ICP-MS major and trace element chemistry; phase equilibria modeling; and Lu-Hf garnet and U-Pb zircon, monazite, rutile geochronology on supracrustal sequences from the Paleoproterozoic Trans-Hudson Orogen (THO). The results are integrated interm of quantitative PressureTemperature-time-chemistry-Deformation (P-T-t-X-D) paths that enable to asses prograde and retrograde metamorphic conditions, on set, duration and conditions of anatexis, burial and exhumation rates, and to discuss the behaviour of geochronometers during long-lived anatexis episodes. Our results also provide a robust framework to date the continental collision initiation by direct prograde metamorphic record. This thesis investigates mid-crustal material from the Southeastern Churchill Province (SECP), a branch of the THO squeezed between the Superior and North Atlantic cratons that outcrops in Québec and Labrador, Canada. A systematic sampling along a west-to-east transect of the SECP serves as the basis for deciphering its tectonometamorphic history, mainly related to the THOepisode at ~1900-1800 Ma. The THOmetamorphic imprint is diachronous from one side of the SECP to the other, and principally recorded in the New Quebec (NQO) and Torngat (TO) orogenic belts bounding the province. We argue that continental collision in the TO was initiated at c. 1885 Ma and that the occidental margin of the North Atlantic Cratonwas not remobilized during this event. We date the collage and amalgamation of the Kuujjuaq and George River domains, two lithotectonic blocks in the centre of the province, at 1836 Ma. We estimate the continental collision in the NQO at 1800 Ma and highlight the presence of a tectonometamorphic discontinuity between the upper plate of the NQO (Kuujjuaq Domain) and its own foreland basin (Rachel-Laporte Zone) that developed as a response to the horizontal shortening. A metamorphic exception is recorded in one of the Paleoproterozoic lithotectonic blocks, the Mistinibi-Raude Domain, whose granulitic episode is estimated around ~2.1 Ga. We provide petrochronologic arguments for subsolidus prograde metamorphism at ~2150 Ma, and a long-lived mid-crustal partial melting history from 2140 to 2070 Ma (~55-70 Myr). We interpret that this domain has acted as a rigid restitic block in a superstructural position during the 1.9-1.8 Ga THO, which has prevented its remobilization and any loss of its early metamorphic record. This diachronic model of successive collisions and crustal amalgamations agrees with an accretionary to collisionnal tectonic regime in a moderate thermal environment. The SECP exposes metamorphic and architectural features from Archean and modern plate tectonic regimes.

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'évolution géodynamique de la chaîne panafricaine au NW de l'Angola, sur la marge occidentale du craton du Congo. Ce segment orogénique, conséquence de la convergence des cratons du São Francisco et du Congo à la fin du Néoprotérozoïque et début du Paléozoïque, peut être subdivisé en un domaine externe plissé et peu métamorphique et un domaine interne formé de roches magmatiques et métamorphiques. Les études structurales, pétrologiques, géochimiques et géochronologiques conduisent à distinguer deux unités principales dans le domaine interne : - l'unité supérieure de gneiss et micaschistes (P-Tmax : 8-12 kbar, 650-680°C) dont la déformation D1 est synchrone de la mise en place des nappes vers l'ENE; - l'unité inférieure dans la partie occidentale constituée de gneiss et migmatites (P-Tmax : 7-9 kbar, 700-750°C) affectés par une déformation polyphasée. L'étude géochronologique démontre l'existence de protolithes granitiques datés à ~2 Ga impliqués dans l'orogénèse pan africaine caractérisée par une histoire polyphasée entre 540 Ma pour le pic du métamorphisme syn-D1 et 480 Ma pour les dernières phases de recristallisation et d'exhumation des roches métamorphiques de haut grade. La synthèse des données permet ainsi de reconstruire précisément les deux chemins P-T-D-t de ces deux unités tectono-métamorphiques et de comparer ce segment panafricain à ceux présents de part et d'autre de l'Atlantique Sud. Ce travail témoigne de la complexité des processus géodynamiques de convergence amenant à l'assemblage du Gondwana impliquant à la fois de larges masses cratoniques et des microplaques intercalées entre ces masses.

La chronologie de la formation de la croûte continentale est débattue mais la plupart des modèles convergent sur le fait qu'une bonne partie de la croûte continentale présente à la surface de la Terre aujourd'hui est présente depuis le Protérozoïque (2,5 - 0, 54 Ga) et qu'elle a essentiellement subit un remaniement au cours d'orogénèses. L'uranium, qui est un élément incompatible, est un traceur de cette évolution depuis son fractionnement initial par fusion partielle du manteau jusqu'à son remaniement dans les niveaux crustaux supérieurs. La ceinture orogénique Néoprotérozoïque Pan-africaine (0,5 ± 0,1 Ga) du Damara en Namibie constitue une cible géologique pour tester les relations entre croissance / évolution crustale et métallogénie de l'uranium. Elle s'est formée suite à la collision des cratons archéens du Congo et du Kalahari (plaque subductante). Ce travail de thèse montre que l'évolution de la croute continentale de la ceinture du Damara durant l'orogènese Pan-africaine au Néoprotérozoïque se fait par remaniement de roches ayant été extraites du manteau depuis l'Archéen et que leur fusion partielle est le mécanisme prépondérant pour la minéralisation uranifère primaire associée à la cristallisation de granites intrusifs. Les granites in-situ issus de la fusion partielle des sédiments dans les niveaux crustaux supérieurs sont peu ou pas propices à de fortes concentrations d'uranium du fait 1) de la faible préconcentration de leur protolithes et 2) de leur migration relativement limitée. Les granites intrusifs minéralisés correspondent à des injections tardi- à post-collision (ca. 520 - 480 Ma dans la zone centrale) et sont liés aux phases de relaxation thermique et d'effondrement gravitaire subséquentes à l'épaississement crustal de l'orogène dans un contexte de convergence de plaques / The chronology of continental crust formation is debated but most models converge on the fact that much of the continental crust on the surface of the Earth is present since the Proterozoic (2.5 - 0, 54 Ga) and has essentially undergoes reworking during orogenesises. Uranium which is an incompatible element is a tracer of this crustal evolution, since its initial fractionation by partial melting of the mantle to its reworking in higher crustal levels. Neoproterozoic Pan-African (0.5 ± 0.1 Ga) orogenic belt of the Damara in Namibia is a good geological target to test the relationship between crustal growth and evolution and metallogeny of uranium. It was formed after the collision of the Archean cratons of Congo and Kalahari (subducting plate). This thesis shows that the evolution of the continental crust during the Neoproterozoic Damara Orogen is by reworking of Archaean to Neoproterozoic crustal domains and partial melting of rocks is the predominant mechanism for primary uranium mineralization associated with crystallization of intrusive granites derived from anatexis of paleo- to mesoproterozoic basement fragments. The intrusive granites issued from partial melting of sediments in the upper crustal levels are low or not favorable to high concentrations of uranium because of 1) the low preconcentration of their protoliths and 2) their relatively limited migration. The mineralized intrusive granites correspond to late- to post-collision injections (ca. 520-480 Ma in the central area) and are related to thermal relaxation phases and gravitational collapse subsequent to thickening in crustal orogen in a context of plates convergence

Ce travail regroupe un ensemble de chapitres traitant de différents aspects des granulites, en mettant l'accent sur les compositions basiques. Ces chapitres sont indépendants, mais sont reliés entre eux par des renvois de l'un à l'autre. La première approche pour l'étude des granulites est géochimique: il est montré, dans un article en collaboration avec Andriambololona D., que les éléments de transition, peu affectés par le métamorphisme, peuvent être utilisés pour caractériser les métabasites. La suite du travail est consacrée à une étude pétrologique des formations granulitiques de Madagascar et du Massif Central français. Au chapitre II, l'étude détaillée d'un assemblage coronitique à HB-Ky-Ga est l'occasion de proposer une grille pétrogénétique dans le système CMASFH. Cette étude explique clairement les associations observées, soulève le problème de la rareté du disthène dans ces roches et apporte une explication graphique à la diversité des associations minéralogiques observées dans les métabasites qui sont décrites dans les chapitres suivants. Dans les chapitres III et IV, sur l'exemple d'un massif troctolitique, on montre la diversité de faciès pétrographiques qui peut être obtenue au cours d'un métamorphisme isochimique ou métasomatique, avec variation de la pression des fluides. Des associations faisant intervenir des minéraux rares sont décrites: sérendibite, clintonite, staurotide magnésienne, saphirine. On s'interroge sur les relations chronologiques entre le métamorphisme et la métasomatose ; contemporains ou non ? Un parallélisme est fait avec les grospydites dont le problème de l'origine se pose dans les mêmes termes. Dans le chapitre V, est présentée une étude pétrogénétique d'un complexe gabbro-anorthositique du Sud malgache, formation semblable aux classiques suites anorthositiques (Adirondacks, par ex.). Le chapitre est divisé en trois parties : (1) description pétrographique détaillée des différents faciès ; (2) évaluation quantitative des paramètres extensifs du métamorphisme, grâce à une utilisation systématique des principaux géothermobarométriques conventionnels ; (3) discussion sur la mise en place du complexe plutonique et les relations avec le métamorphisme. L'étude des métasédiments associés à ce complexe (chapitre VI) confirme les évaluations thermodynamiques du chapitre V. C'est aussi l'occasion de décrire quelques associations rares à kornérupine, grandidiérite, Sp-Qz, etc. Le chapitre VII décrit la seule éclogite de basse température actuellement connue dans le précambrien: les implications géotectoniques sont discutées. Le chapitre VIII porte sur l'étude d'un métamorphisme de très hautes températures. Des conditions supérieures à 1000°C auraient affectées des métavolcanites métasomatisées. Il est intéressant de remarquer que ces conditions extrêmes passent totalement inaperçues en utilisant les géothermomètres usuels, puisque ceux-ci indiquent des températures de 600 à 700°C ! En guise de conclusion, s'appuyant sur les données pétrologiques recueillies, un modèle géodynamique faisant appel à une extension lithosphérique, suivi d'un épisode compressif, est proposé. Celui-ci s'intègre dans le modèle collisionnel envisagé pour la ceinture mobile mozambicaine, dont Madagascar représente la bordure orientale.

La composition chimique de la croûte continentale a significativement évolué à la transition Archéen-Protérozoïque (3000–2500 Ma), témoignant de changements géodynamiques majeurs à cette époque. Afin d’étudier l’expression et les origines de ces changements, qui sont encore mal contraints, j’ai étudié une diversité de granitoïdes qui se sont mis en place dans cette gamme d’âges à la marge Nord du craton du Kaapvaal, en Afrique du Sud. Ce travail a permis de préciser la typologie et l’origine des granitoïdes tardi-archéens ; ceux-ci peuvent être classés dans trois grands groupes : (1) Les sanukitoïdes, représentés en Afrique du Sud par le pluton de Bulai, sont des magmas dérivant de l’interaction entre une péridotite mantellique et un composant riche en éléments incompatibles (TTG, liquide issu de la fusion de sédiments, et, plus rarement, fluide aqueux). Les sanukitoïdes peuvent être classés en deux groupes distincts, selon les mécanismes de cette hybridation : les low-Ti sanukitoids proviennent d’une simple hybridation du liquide silicaté avec la péridotite, alors que les high-Ti sanukitoids sont issus de la fusion d’un assemblage métasomatique à amphibole et phlogopite, résultant de ces interactions. Enfin, les mécanismes de différenciation des suites sanukitoïdes au niveau de la croûte sont contrôlées par des mécanismes de cristallisation fractionnée ou (moins vraisemblablement) de fusion partielle. (2) Les sanukitoïdes « marginaux », représentés dans le craton du Kaapvaal par les plutons de Mashashane, Matlala, Matok et Moletsi, sont des granitoïdes résultant de l’interaction entre des sanukitoïdes et des magmas provenant de la fusion de croûte préexistante. Etant donné la large gamme de sources possibles (TTG, métasédiments, roches mafiques) d’un craton à l’autre, ce groupe est extrêmement diversifié. Leurs mécanismes de différenciation sont contrôlés par la cristallisation fractionnée. (3) Certains granites, tels que le batholite de Turfloop en Afrique du Sud, sont directement issus de la fusion de lithologies crustales (TTG, métasédiments et amphibolites). Au sein du craton du Kaapvaal, l’évolution spatio-temporelle du magmatisme tardi-archéen suit un schéma très caractéristique : les TTG se mettent en place entre ~3300 et ~2800 Ma, puis laissent la place à la genèse de l’ensemble des granitoïdes présentés ci-dessus, qui se déroule entre 2780 et 2590 Ma. Cette séquence d’évènements est reproduite au sein de tous les cratons du monde à la fin de l’Archéen. Elle témoigne de l’avènement des processus de recyclage crustal, puisque, par opposition aux TTG archéennes qui dérivent de métabasaltes juvéniles, les magmas tardi-archéens sont issus à la fois de la différenciation intracrustale et de l’interaction entre une péridotite et du matériel continental introduit dans le manteau. Cette dualité de processus pétrogénétiques est aussi très typique des épisodes magmatiques qui ont lieu à la fin des cycles de subduction-collision post-archéens. Ainsi, l’évolution de la composition des granitoïdes entre 3000 et 2500 Ma traduit vraisemblablement l’initiation d’une forme de tectonique des plaques proche du régime actuel. Celle-ci serait liée au refroidissement planétaire global, qui a probablement entraîné un « effet de seuil » dans l’évolution de l’épaisseur de la croûte océanique ainsi que la rhéologie et le volume de la croûte continentale, permettant ainsi à la subduction et à la collision de ne devenir thermo-mécaniquement stables qu’à partir de la fin de l’Archéen. / The chemical composition of continental crust significantly evolved though time, in particular at the Archaean-Proterozoic transition (3000–2500 Ma), which witnesses major geodynamic changes at that time. The nature and origin of these changes are poorly constrained so far. To better constrain them, I studied a range of granitoid emplaced at that time at the northern margin of the Kaapvaal Craton, in South Africa. In the light of my work, the typology and origin of this magmatism has been reappraised; in particular, the late-archaean granitoids can be split in three different groups : (1) Sanukitoids are represented in South Africa by the Bulai pluton. They are hybrid magmas derived from interaction between mantle peridotite and a component rich in incompatible elements (generally a melt derived from either metabasalts or metasediments). They can be separated in two groups, depending on the hybridation process: low-Ti sanukitoids derive from one-step interaction of silicate melt with peridotite, while high-Ti sanukitoids result from melting of a metasomatic, amphibole- and phlogopite-bearing assemblage equilibrated during the interactions. Finally, the differentiation mechanisms of sanukitoid suites at crustal levels are mainly controlled by fractional crystallization or, less likely, partial melting. (2) « Marginal » sanukitoids, as represented in the Kaapvaal craton by Mashashane, Matlala, Matok and Moletsi plutons, are produced by interactions between sanukitoids and crust-derived melts. Because the source of the latter can be very different from a craton to another, this group of granitoids is extremely diverse. Their magmatic evolution is mostly controlled by fractional crystallization, such as sanukitoids. (3) Some granites, such as those from the Turfloop batholith in South Africa, directly derive from melting of older crustallithologies (TTGs, metasediments, mafic rocks). The evolution of late-archaean magmatism in the Kaapvaal craton follows a very typical sequence: genesis of TTG took place between ~3300 and ~2800 Ma, and give way to the emplacement of all granitoid types presented above, which occurs in a short time span between 2780 and 2590 Ma. This succession of events is identical within every craton worldwide at the end of the Archaean. It witnesses the advent of crust recycling processes, as late-archaean magmas derive from both intracrustal differentiation and interactions between peridotite and continental material introduced within the mantle. This sharply contrasts with the genesis of TTG through melting of juvenile metabasalts only. This duality of petrogenetic processes is also typical of magmatic events in late- to post-orogenic settings, at the end of present-day subduction-collision cycles. As a result, the evolution of the crust composition between 3000 and 2500 Ma likely reflects the initiation of modernstyle plate tectonics. This would be the consequence of global cooling of Earth, which has induced a threshold effect in parameters such as (1) the thickness of oceanic crust and (2) the rheology and volume of continental crust. Indeed, these parameters exert a primary control on the thermo-mechanical stability of subduction and collision, and both became possible at the end of the Archaean only.

L’étude des formations de fer rubané (BIF) permet de comprendre les conditions des océans de et de l’atmosphère terrestres au cours de l’Archéen et du début du Protérozoïque. L’objectif de cette thèse est de fournir une analyse minéralogique et géochimique détaillée de BIFs de deux localités distinctes, séparées par la frontière Archéen-Protérozoïque. Une attention particulière est portée à la minéralogie de leurs carbonates et oxydes de fer. Les BIFs de 2,7 Ga de la formation Manjeri, Zimbabwe et de 2,4 Ga du Groupe Itabira, Brésil, ont dans les deux cas été précipités par mélange de fluides hydrothermaux marins oxygénés. Ceci est démontré par la présence d’inclusions de nano-hématite dans les lames de chert (Itabira et Manjeri) et de dolomite (Itabira seulement), qui sont interprétées comme la phase minérale la plus ancienne dans les échantillons. En outre, la microscopie électronique à transmission à faisceau d’ions focalisé (FIB-TEM) révèle la présence de plaquettes de nano ferrihydrite dans les BIF dolomitiques (carbonate d’itabirite). La dolomite est interprétée comme étant une phase primaire précipitée à des températures plus élevées (~100°C) de fluides hydrothermaux riches en CO2. Des anomalies positives en Eu dans les deux formations indiquent une composante hydrothermale, susceptible d’être la source du fer réduit. Les changements de faciès dans les deux unités sont le résultat de transgression/régression; et des évènements hydrothermaux post dépôt masquent les conditions primaires. Les carbonates riches en fer dans les deux faciès ont différentes origines: diagénétiques (Itabira) et hydrothermales post dépôt (Manjeri). Toutefois, les carbonates riches en fer des deux formations ont des valeurs négatives de ∂13C, ce qui indique qu’au moins une partie du carbone dans les carbonates est d’origine organique.Des analyses en balance de Curie dans le carbonate d’itabirite révèlent que la maghémite est le produit de transformation de la ferrihydrite lorsque de la dolomite se décompose à ~790°C. La maghémite a une température de Curie comprise entre 320 et 350°C et est stable jusqu’à une température de 925°C. Les analyses en FIB-TEM sur le processus de martitisation ont révélé deux mécanismes possibles à partir de deux échantillons de martite provenant respectivement du Brésil et d’Inde. En fonction de la cause de la martitisation, que nous avons déterminé être soit la déformation soit l’hydrothermalisme, la martitisation se produit respectivement par l’intermédiaire de:1. La réorganisation de défauts ponctuels, pour former des jumeaux. Ces défauts sont causés par les vacances dans la structure spinelle de la maghémite, dues à la suppression des ions Fe3+ en excès au cours de l’oxydation de la magnétite. C’est dans ce jumelage que le mécanisme de martitisation se produit.2. La migration des joints de grains par l’hématite au détriment de la magnétite, qui est due à la présence de fluide le long des interfaces du cristal. La maghémite se forme en raison de l’excès de Fe3+ produit pendant la martitisation de la magnétite, qui se déplace vers la surface des cristaux de magnétite. / It is the study of banded iron formations (BIFs) that provides understanding into the conditions of the Earth’s oceans and atmosphere during the Archean and Early Proterozoic. The aim of this thesis is to provide a detailed mineralogical and geochemical understand of BIFs from two separate localities separated by the Archean Proterozoic boundary. Close attention is paid to their carbonate and iron oxide mineralogy.The BIFs of the 2.7 Ga Manjeri Formation, Zimbabwe and 2.4 Ga Itabira Group, Brazil were both precipitated from oxygenated mixed marine-hydrothermal fluids. This is demonstrated by the presence of nano-hematite inclusions in the chert (Itabira and Manjeri) and dolomite (Itabira only) laminae, which is interpreted as the oldest mineral phase within the samples. Additionally, focused ion beam transmission electron microscopy (FIB-TEM) reveals the presence of nano ferrihydrite platelets within the dolomitic BIFs (carbonate itabirite). The dolomite is interpreted to be a primary phase precipitated at higher temperatures (~100°C) from CO2-rich hydrothermal fluids. Positive Eu anomalies in both formations indicate a hydrothermal component, likely to be the source of the reduced iron. Facies changes in both units are the result of transgression/regression and post depositional hydrothermal events mask primary conditions. Iron-rich carbonates in both facies have different origins; diagenetic (Itabira) and post depositional hydrothermal (Manjeri). However, the iron-rich carbonates of both formations have negative ∂13C values, indicating that at least part of the carbon in the carbonates is of organic origin. Curie Balance analyses into the carbonate itabirite reveals that maghemite is the transformation product of the ferrihydrite when dolomite decomposes at ~790°C. The maghemite has a Curie temperature between 320 and 350°C and is stable up to temperatures of 925°C.FIB-TEM investigations into the martitisation process revealed two possible mechanisms from two martite samples, from Brazil and India. Depending of the cause of the martitisation, here found to be deformation and hydrothermalism, the martitisation occurs respectively via either: 1. Ordering of point defects caused by vacancies in the spinel structure of maghemite, due to the removal of excess Fe3+ ions during the oxidation of magnetite, to form twins. It is in this twinning that the martitisation mechanism occurs.2. Grain boundary migration by hematite at the expense of magnetite is due to the presence of fluid along the crystal interfaces, where maghemite forms due to excess Fe3+ produced during martitisation of the magnetite, moving towards the surface of the magnetite crystals.

La reconnaissance et l'étude géochronologique et isotopique des terrains anté-paléozoiques inclus dans la chaîne hercynienne d'Europe de l'Ouest s'avèrent indispensables si l'on veut connaître leur influence dans la genèse des magmas en zones orogéniques et donc sur la croissance crus tale. Pour ce faire, deux objets géologiques ont été étudiés : les granulites immergées du Golfe de Gascogne, et les roches cadomiennes du nord du massif armoricain. La séquence géochronologique obtenue (2,7 - 2,0 - 0,6 Ga) correspond à celle observée dans le craton Ouest-Africain. Un rapprochement entre cette partie de l'Europe et l'Afrique est donc possible pour les temps précambriens, rapprochement conforté par les données paléomagnétiques. L'étude des granulites immergées du Golfe de Gascogne a montré pour la première fois la présence dans la chaîne hercynienne de protolithes archéens, mais également de deux métamorphismes anciens de haut-grade (2,76 et 1,8 Ga). La géochimie isotopique (Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb) si elle n'a pas apporté de contraintes chronologiques, témoigne de l'influence des roches archéennes dans la genèse des magmas protérozoique inférieur. L'orogène cadomien s'étalant sur 150 Ma (670 à 530 Ma), est engendré par une subduction sous une marge active pouvant avoir commencé dès 660 Ma. Cette subduction entraîne l'ouverture d'un bassin arrière-arc à 600 Ma dont la fermeture et l'obduction vers le sud à 580 Ma entraînent un surépaississement qui favorise une période de fusion crustale datée à 540 Ma. L'événement tectonique majeur à 580 Ma est synchrone d'un changement dans la sédimentation briovérienne et permet d'établir une coupure entre un briovérien inférieur (660-580 Ma) et un briovérien supérieur (580-540 Ma). Enfrn l'étude géochimique des granitoïdes cadomiens montre qu'ils ne sont pas entièrement juvéniles, mais suggère un certain degré de contamination par du matériel ancien. Une modélisation utilisant les caractères géochimiques des granulites du Golfe de Gascogne met en accord les deux systèmes isotopiques (Sr et Nd) étudiés, pour des taux de contamination raisonnables (5 à 30%). Bien que peu importante, cette contamination, ainsi que tous les âges anciens indiqués par les zircons, prouvent le recyclage généralisé de cette croûte ancienne à l'échelle européenne. Les affleurements actuellement recensés ne sont donc pas significatifs de son extension originelle.

Ce travail retrace l’évolution de la suture panafricaine le long de l’axe Anti-Atlas, Hoggar occidental, Gourma, depuis l’activité tectono-magmatique néoprotérozoïque pré-panafricaine jusqu’à l’activité magmatique anorogénique cénozoïque via l’étude de quatre massifs basiques-ultrabasiques disposés à la périphérie du craton ouest-africain.<p><p>Le massif d’Amalaoulaou (Gourma, Mali) est interprété comme la racine d’un arc intra-océanique ayant enregistré la mise en place de magmas basiques (unité des métagabbros) à un stade immature de l’évolution de l’arc (subduction naissante) vers 800-790 Ma. Les gabbros quartziques (~720 Ma) et les gabbros à hornblende de l’unité supérieure ont des signatures de magmas d’arc plus franche, témoins d’une source mantellique plus enrichie par l’apport de la plaque océanique plongeante. Les métagabbros sont ensuite affectés par une recristallisation et localement par une anatexie en conditions du faciès granulitique. De nombreuses veines leucocrates se développent à ce stade, ce sont principalement des anorthosites et des tonalites (mises en place vers 660 Ma) provenant de la fusion partielle des métagabbros (850°C-1000°C, P>10 kbar). Cette fusion génère également des résidus denses à grenat-clinopyroxène-rutile, associations fréquemment présentes dans les racines d’arcs plus récents et reflétant la maturation de l’arc. L’arc d’Amalaoulaou est ensuite exhumé et charrié sur le craton ouest-africain dans des conditions de basse température et moyenne pression (550°C, 6-9 kbar), probablement au même moment que l’exhumation des éclogites du Gourma (~620 Ma).<p><p>L ‘épisode de subduction océanique est suivi par la subduction continentale dans le Gourma et le Hoggar occidental. Les éclogites/amphibolites de Tiléouine et Tin Zebbane (Hoggar occidental) sont des métabasaltes tholéiitiques enrichis et alcalins intracontinentaux ayant plongé à 60 km de profondeur (600°C, 17 kbar) lors de la subduction d’une partie du terrane du Tassendjanet. Même si la nature géochimique du protolithe est encore reconnaissable, ces métabasaltes ont subi une différenciation chimique lors de la recristallisation à haute pression par interaction avec les fluides issus de la déshydratation des métasédiments. L’exhumation (615-600 Ma) se fait relativement lentement, ce qui induit un rééquilibrage thermique (750°C, ~10 kbar) avant l’exhumation à basse température (660 °C, 7-8 kbar) précédant de peu voire synchrone à la phase collisionnelle.<p><p>L’intrusion basique-ultrabasique de Tiléouine marque la fin de la collision panafricaine dans le Hoggar occidental (600-590 Ma). C’est une ancienne chambre magmatique différenciée, mise en place entre 10 et 20 km de profondeur, et montrant une évolution magmatique depuis des cumulats ultramafiques riches en olivine, spinelle et pyroxène vers des gabbros riches en plagioclase. Le magma parental est d’affinité tholéiitique enrichie et tire probablement sa source de la lithosphère sous-continentale. La mise en place de cette intrusion est contemporaine d’un contexte tectonique transtensif induisant un amincissement lithosphérique au niveau du Tassendjanet.<p><p>Cette suture péri-cratonique est réactivée au Cénozoïque, lors de la convergence Afrique-Europe, ce qui se marque par la mise en place de laves alcalines, notamment dans l'Est de l’Anti-Atlas marocain (Saghro :10-3 Ma). Les néphélinites du Saghro sont issues de faibles taux de fusion partielle d’une source mantellique contenant un composant HIMU et localisée à la limite asthénosphère/lithosphère (70-100 km sous l’Anti-Atlas). La cristallisation fractionnée de ces magmas génère des phonolites, par fractionnement de feldspath, néphéline, apatite et sphène, principalement. L’étape finale de différenciation se marque par la formation de phases peu communes comme la hainite et la lorenzenite. Ces magmas se sont mis en place à la faveur de fentes de tension et de fractures ouvertes ayant la même orientation que la contrainte principale au Mio-Pliocène.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La composition chimique de la croûte continentale a significativement évolué à la transition Archéen-Protérozoïque (3000-2500 Ma), témoignant de changements géodynamiques majeurs à cette époque. Afin d'étudier l'expression et les origines de ces changements, qui sont encore mal contraints, j'ai étudié une diversité de granitoïdes qui se sont mis en place dans cette gamme d'âges à la marge Nord du craton du Kaapvaal, en Afrique du Sud. Ce travail a permis de préciser la typologie et l'origine des granitoïdes tardi-archéens ; ceux-ci peuvent être classés dans trois grands groupes : (1) Les sanukitoïdes, représentés en Afrique du Sud par le pluton de Bulai, sont des magmas dérivant de l'interaction entre une péridotite mantellique et un composant riche en éléments incompatibles (TTG, liquide issu de la fusion de sédiments, et, plus rarement, fluide aqueux). Les sanukitoïdes peuvent être classés en deux groupes distincts, selon les mécanismes de cette hybridation : les low-Ti sanukitoids proviennent d'une simple hybridation du liquide silicaté avec la péridotite, alors que les high-Ti sanukitoids sont issus de la fusion d'un assemblage métasomatique à amphibole et phlogopite, résultant de ces interactions. Enfin, les mécanismes de différenciation des suites sanukitoïdes au niveau de la croûte sont contrôlées par des mécanismes de cristallisation fractionnée ou (moins vraisemblablement) de fusion partielle. (2) Les sanukitoïdes " marginaux ", représentés dans le craton du Kaapvaal par les plutons de Mashashane, Matlala, Matok et Moletsi, sont des granitoïdes résultant de l'interaction entre des sanukitoïdes et des magmas provenant de la fusion de croûte préexistante. Etant donné la large gamme de sources possibles (TTG, métasédiments, roches mafiques) d'un craton à l'autre, ce groupe est extrêmement diversifié. Leurs mécanismes de différenciation sont contrôlés par la cristallisation fractionnée. (3) Certains granites, tels que le batholite de Turfloop en Afrique du Sud, sont directement issus de la fusion de lithologies crustales (TTG, métasédiments et amphibolites). Au sein du craton du Kaapvaal, l'évolution spatio-temporelle du magmatisme tardi-archéen suit un schéma très caractéristique : les TTG se mettent en place entre ~3300 et ~2800 Ma, puis laissent la place à la genèse de l'ensemble des granitoïdes présentés ci-dessus, qui se déroule entre 2780 et 2590 Ma. Cette séquence d'évènements est reproduite au sein de tous les cratons du monde à la fin de l'Archéen. Elle témoigne de l'avènement des processus de recyclage crustal, puisque, par opposition aux TTG archéennes qui dérivent de métabasaltes juvéniles, les magmas tardi-archéens sont issus à la fois de la différenciation intracrustale et de l'interaction entre une péridotite et du matériel continental introduit dans le manteau. Cette dualité de processus pétrogénétiques est aussi très typique des épisodes magmatiques qui ont lieu à la fin des cycles de subduction-collision post-archéens. Ainsi, l'évolution de la composition des granitoïdes entre 3000 et 2500 Ma traduit vraisemblablement l'initiation d'une forme de tectonique des plaques proche du régime actuel. Celle-ci serait liée au refroidissement planétaire global, qui a probablement entraîné un " effet de seuil " dans l'évolution de l'épaisseur de la croûte océanique ainsi que la rhéologie et le volume de la croûte continentale, permettant ainsi à la subduction et à la collision de ne devenir thermo-mécaniquement stables qu'à partir de la fin de l'Archéen.