Dans la région du Chili-central-ouest de l'Argentine (29°S-34°S), la plaque océanique Nazca subducte<br />sous la plaque continentale sud-Américaine. Cette région est une zone de transition entre une<br />subduction plate et une subduction pentue. Au nord de 33°S, où le slab devient plat vers 100 km de<br />profondeur, la ride de Juan Fernandez subducte le long de la plaque océanique Nazca. Alors que dans<br />cette région, le volcanisme quaternaire s'arrête vers 5-7 Ma, au sud de 33°S, où la plaque océanique<br />plonge avec un angle de 30°,la majorité des édifices volcaniques sont actifs. A partir de l'enregistrement<br />de séismes locaux au travers de deux campagnes sismologiques, nous avons réalisé une tomographie des<br />écarts des temps d'arrivée et du paramètre d'atténuation t* = t/Q, afin de déterminer des modèles<br />tridimensionnels d'une part de vitesse et d'autre part d'atténuation des ondes P et S. La plaque subduite,<br />plus froide que le manteau dans lequel elle plonge, est un milieu où les ondes P et S se propagent<br />rapidement et sont faiblement atténuées. L'un des blocs tectoniques constituant la croûte continental<br />(bloc Cuyania) se caractérise par des vitesses rapides des ondes sismiques et une forte atténuation de<br />l'onde S. Sous les édifices volcaniques actifs, la vitesse de ses ondes est plus faible due probablement à la<br />présence de fusion partielle. Les modèles de vitesse des ondes P et S, combinés à un modèle thermique<br />bidimensionnel à 31.5°S déterminé dans cette étude, ont permis d'obtenir un modèle minéralogique de<br />la lithosphère continentale et de la croûte océanique de la plaque Nazca. Cette croûte est composée<br />de Blueschists jusqu'à 80 km de profondeur et d'Eclogite plus profond. De la serpentine est observée<br />dans le coin mantellique considéré comme "froid". Le manteau continental est constitué par un mélange<br />d'Harzburgites et de Lherzolites plus ou moins hydratées. Un faciès éclogite est observé à la base de<br />la croûte continentale. Les modèles d'atténuation ont une résolution spatiale trop faible pour pouvoir<br />améliorer les modèles thermiques et par conséquent les modèles minéralogiques de la zone de subduction<br />plate.

Sous le Chili central et l'ouest de l'Argentine (29°-35°S), la plaque océanique Nazca, en subduction sous la plaque continentale Amérique du Sud, change radicalement de géométrie : inclinée à 30°, puis horizontale, engendrée par la subduction de la chaine de volcans de Juan Fernandez. Le but de mon étude est d'évaluer, la variation de nature et de propriétés physiques de la lithosphère chevauchante entre ces deux régions afin de mieux comprendre (1) sa structure profonde et (2) les liens entre les déformations observées en surface et en profondeur. Pour répondre à cette thématique, j'utilise une approche originale couplant la sismologie, la thermométrie, et la pétrologie. Je montre ainsi des images 3-D de tomographie sismique les plus complètes de cette région par rapport aux études précédentes, qui intègrent (1) de nombreuses données sismiques provenant de plusieurs catalogues, (2) un réseau de stations sismiques plus dense permettant de mieux imager la zone de subduction. J'apporte la preuve que la plaque en subduction se déshydrate dans deux régions distinctes : (1) le coin mantellique, et (2) le long de la ride subduite avant que celle-ci ne replonge plus profondément dans le manteau. La croûte continentale au-dessus du flat slab possède des propriétés sismiques très hétérogènes en relation avec des structures de déformation profondes et des domaines géologiques spécifiques. La croûte chevauchante d'avant-arc, au-dessus du flat slab, est décrite par des propriétés sismiques inhabituelles, liées à la géométrie particulière du slab en profondeur, et/ou liées aux effets du séisme de 1997 de Punitaqui (Mw 7.1). Mes résultats, confirmant les études antérieures, montrent que : - le bloc Cuyania situé plus à l'est, dans la zone d'arrière-arc est plus mafique et contient une croûte inférieure éclogitisée ; quant à, la croûte continentale inférieure sous l'arc Andin, est épaisse et non-éclogitisée, décrivant surement le bloc felsique de Chilenia.

Sous le Chili central et l’ouest de l'Argentine (29°-35°S), la plaque océanique Nazca, en subduction sous la plaque continentale Amérique du Sud, change radicalement de géométrie : inclinée à 30°, puis horizontale, engendrée par la subduction de la chaine de volcans de Juan Fernandez. Le but de mon étude est d'évaluer, la variation de nature et de propriétés physiques de la lithosphère chevauchante entre ces deux régions afin de mieux comprendre (1) sa structure profonde et (2) les liens entre les déformations observées en surface et en profondeur. Pour répondre à cette thématique, j’utilise une approche originale couplant la sismologie, la thermométrie, et la pétrologie. Je montre ainsi des images 3-D de tomographie sismique les plus complètes de cette région par rapport aux études précédentes, qui intègrent (1) de nombreuses données sismiques provenant de plusieurs catalogues, (2) un réseau de stations sismiques plus dense permettant de mieux imager la zone de subduction. J’apporte la preuve que la plaque en subduction se déshydrate dans deux régions distinctes : (1) le coin mantellique, et (2) le long de la ride subduite avant que celle-ci ne replonge plus profondément dans le manteau. La croûte continentale au-dessus du flat slab possède des propriétés sismiques très hétérogènes en relation avec des structures de déformation profondes et des domaines géologiques spécifiques. La croûte chevauchante d’avant-arc, au-dessus du flat slab, est décrite par des propriétés sismiques inhabituelles, liées à la géométrie particulière du slab en profondeur, et/ou liées aux effets du séisme de 1997 de Punitaqui (Mw 7.1). Mes résultats, confirmant les études antérieures, montrent que : - le bloc Cuyania situé plus à l’est, dans la zone d’arrière-arc est plus mafique et contient une croûte inférieure éclogitisée ; quant à, la croûte continentale inférieure sous l’arc Andin, est épaisse et non-éclogitisée, décrivant surement le bloc felsique de Chilenia. / Beneath central Chile and western Argentina, the oceanic Nazca slab drastically changes geometry from horizontal to dipping at an angle of 30°, and correlates with the subduction of the Juan Fernandez seamount ridge. The aim of our study is to assess, using a thermo-petrological-seismological approach, the differences of the overriding lithosphere between these two regions, in order to better understand the deep structure of the continental lithosphere above the flat slab, and the links between the deformations at the surface and at depth. We show the most complete regional 3-D seismic tomography images of this region, whereby, in comparison to previous studies, we use (1) a much larger seismic dataset compiled from several short-term seismic catalogs, (2) a much denser seismic station network which enables us to resolve better the subduction zone. We show significant seismic differences between the flat and normal subduction zones. As expected, the flat slab region is impacted by colder temperatures, and therefore by faster seismic velocities and more intense seismic activity, compared to the normal slab region. We show evidence that the flat slab dehydrates within the mantle wedge, but also along the subducting ridge prior to re-subducting. The forearc crust above the flat slab is described by unusual seismic properties, correlated to the slab geometry at depth, and/or, to the aftershock effects of the 1997 Mw 7.1 Punitaqui earthquake which occurred two years before the recording of our events. The continental crust above the flat slab has very heterogeneous seismic properties which correlate with important deformation structures and geological terranes at the surface. We confirm previous studies that have shown that the thick lower crust of the present day Andean arc is non-eclogitized and maybe representing the felsic Chilenia terrane, whereas to the east, the Cuyania terrane in the backarc is more mafic and contains an eclogitized lower crust.

Cette étude vise à caractériser des fragments clés d’une interface de subduction fossile affleurant dans la Ceinture Métamorphique du Sud-Tianshan (Chine). Nous étudions les processus de subduction au travers de la profondeur critique de ~80 km, au-delà de laquelle la géophysique et les modèles prévoient un changement du couplage mécanique, et les roches océaniques ne sont normalement pas exhumées. Ce travail s’intéresse au Complexe Métamorphique Akeyazi (AMC), un épais empilement de roches métavolcanoclastiques enveloppant des écailles éclogitiques, exposé sur ~30 km dans la vallée de Kebuerte, et préservant de nombreuses reliques de coésites. L’étude structurale révèle que l’AMC est un dôme métamorphique consistant de plusieurs nappes cohérentes d’ampleur kilométrique avec des histoire P-T-t-d distinctes. 4 unités sur 6, i.e. UH (2.75 GPa/480-560°C), EB (2.1/505), MU (1.45/485) et GT (>0.7-1.0/470-520) ont été subduites à des profondeurs de ~85, 65, 45 et 30 km respectivement. La déformation rétrograde des unités, liée à leur exhumation, est caractérisée par des bandes de cisaillement top vers le Nord au faciès schiste bleu. Le pic d’enfouissement de ces unités a eu lieu à 320±1, 332±2, 359±2 et 280-310 Ma pour les unités UH, EB, MU et schiste vert, indiquant plusieurs courts épisodes de détachement de matériel de la plaque plongeante. L’évolution tectono-métamorphique de ~12 à 5-7°C/km au cours du temps peut refléter le refroidissement progressif de la subduction. La juxtaposition et l’exhumation à 1-3 mm/an de ces 4 unités à des profondeurs crustales a eu lieu autour de 290-300 Ma. / This study attempts to characterize key fossil fragments of material equilibrated along subduction plate boundary, now exposed in Chinese SW-Tianshan Metamorphic Belt (STMB). We herein elucidate some subduction zone processes across a critical depth range of ~80km, beyond which geophysicist and modeler infer a change in mechanical coupling and oceanic rocks are usually not recovered. It focuses on an unusually thick pile of HP/UHP metavolcanoclastics, wrapping eclogite slices and preserving pervasive coesite relics, along a ~30km-long transect across the Akeyazi metamorphic complex (AMC) in the Kebuerte valley. Structural studies reveal the current geometry of the AMC is a metamorphic dome with evidence of internal nappe stacking and should be subdivided into several coherent, km-scale tectonic units with distinct P-T-time-deformation histories. At least 4 of 6 sub-units identified here, i.e., the UH (2.75 GPa/480-560°C), EB (2.1/505), MU (1.45/485) and GT units (>0.7-1.0/470-520) were subducted and buried to depths of ~85, 65, 45 and 30 km respectively. Deformation following EC/BS-EC peak burial is marked by pervasive BS facies exhumation-related shear senses with a top to North component. Radiometric constraints yield peak burial ages of 320±1, 332±2, 359±2 and 280-310 Ma, respectively, for the UH, EB, MU and GS facies units, indicating several short-lived detachment episodes of material from the downgoing plate. The tectono-metamorphic evolution from ~12 to 5-7°C/km with time may reflect progressive cooling of the subduction system. Juxtaposition & exhumation of those 4 units to mid-crustal depth, at rates on the order of 1-3 mm/yr, was accomplished around 290-300Ma.