L'histoire géologique de la péninsule de Basse Californie et du golfe de Californie est intimement liée à l'évolution de la marge occidentale de la plaque nord-américaine au cours des 80 derniers millions d'années. Deux évènements géologiques remarquables ont eu lieu (a) au Mésozoïque, lorsque la plaque Farallon-Kula est entrée en subduction le long de la côte ouest de l'Amérique du Nord, et (b) au Cénozoïque moyen, lorsqu'une nouvelle activité magmatique est apparue, mettant en place les laves calco-alcalines de l'arc de Comondu. <br />Au cours du Néogène, l'activité magmatique de la partie centrale de la péninsule de Basse Californie subit un changement très important vers 12,5 Ma. Combinées aux résultats antérieurs, nos datations K-Ar nouvelles démontrent que le volcanisme calco-alcalin de l'arc de Comondu cède progressivement la place à des associations magmatiques inhabituelles liées à l'ouverture d'une fenêtre asthénosphérique. Les laves correspondantes se répartissent en six champs volcaniques (Jaraguay, San Borja, San Ignacio, Santa Rosalía, Santa Clara, La Purísima) mis en place du Miocène supérieur au Quaternaire, sur près de 600 km le long de la Basse Californie. Ces associations magmatiques comprennent : (1) les adakites mises en place entre 12,5 et 8,2 Ma dans les champs volcaniques de Santa Clara, Santa Rosalia et Jaraguay ; (2) les basaltes enrichis en Nb (NEB) des champs volcaniques de Santa Clara et Santa Rosalia (11,2 à 7,4 Ma); (3) les basaltes et les andésites basaltiques de composition tholéiitique, émis dans les champs volcaniques de La Purisima et San Ignacio entre 11,3 et 7,2 Ma et qui montrent une signature de subduction très atténuée ; (4) les trachy-basaltes alcalins de type OIB qui affleurent au nord-ouest de Jaraguay dans les mesas de San Carlos et Santa Catarina, mises en place entre 9,3 et 7,5 Ma ; et enfin (5) les basaltes magnésiens, les andésites basaltiques magnésiennes et les andésites magnésiennes ("bajaites") émis dans tous les champs volcaniques entre 14,6 et 5,3 Ma, et particulièrement, d'après nos datations isotopiques nouvelles, entre 8,5 et 3,8 Ma à Jaraguay et entre 3,7 et 1,8 Ma à San Borja. Finalement, au cours du Plio-Quaternaire, la mise en place de magmas de compositions très contrastées est aussi démontrée dans la péninsule et dans les îles du golfe de Californie comme celle de San Esteban que nous avons plus particulièrement étudiée.<br />La fusion des coins des lèvres de la fenêtre asthénosphérique, due à l'érosion thermique, permet la genèse de liquides adakitiques, qui réagissent avec le coin du manteau situé au-dessus de la plaque plongeante, ce processus étant à l'origine des sources des NEB et "bajaites". Ces liquides adakitiques se sont infiltrés dans le coin du manteau de Basse Californie, après la fin de la subduction de la jeune plaque océanique Farallon et pendant l'ouverture de la fenêtre sous la péninsule entre 12,5 et 8 Ma. La signature géochimique de la série des andésites magnésiennes (teneurs élevées en MgO, Cr, Co et Ni ; appauvrissement en terres rares lourdes et Y ; enrichissement important en Sr et Ba ; et appauvrissement relatif en Rb et Th par rapport aux autres éléments en trace très incompatibles) témoigne de l'origine de ces laves par déshydratation-fusion d'un manteau lithosphérique riche en pargasite, à des profondeurs d'environ 80 km. Ce processus a lieu à des températures supérieures à 1050-1075°C, ce qui reflète bien le flux thermique élevé existant dans le coin du manteau.<br />En résumé, nous proposons que la mise en place de ces associations magmatiques peu habituelles en contexte de subduction soit liée à l'ouverture d'une fenêtre asthénosphérique pendant le Miocène supérieur. Celle-ci résulterait de la déchirure de la partie jeune de la plaque plongeante Farallon, s'initiant à partir de la fenêtre de Californie préexistante et se propageant parallèlement à la fosse de subduction sur plus de 600 km. Le volcanisme adakitique plio-quaternaire du golfe de Californie et de sa marge occidentale serait le résultat de la fusion partielle, déclenchée par le flux thermique élevé accompagnant l'ouverture, de fragments de croûte océanique préalablement incorporés au sein du manteau lithosphérique lors de la déchirure de la plaque plongeante Farallon.

Ce mémoire présente une approche pluridisciplinaire, pétrologique, tectonique,<br />géochronologique par traces de fission, et géophysique, de l'évolution géodynamique de la zone<br />Piémontaise des Alpes occidentales (géotraverse Pelvoux-Dora Maira du programme GéoFrance<br />3D). La zone Piémontaise correspond à la juxtaposition de deux domaines tectonométamorphiques<br />métamorphiques majeurs:<br />-Les Schistes lustrés du Queyras présentent des chemins "pression-température" diversifiés mais<br />compatibles avec une évolution progressive dans les conditions du faciès des schistes bleus.<br />L'ensemble de ces unités a été enfoui à des profondeurs de 20 à 35 km avec des paléo-gradients<br />thermiques de 25 à 30°C/km.<br />-Les unités éclogitiques, correspondant au massif ophiolitique du Monviso et au complexe de<br />croûte continentale de Dora Maira, présentent des conditions métamorphiques hétérogènes avec<br />de fortes sautes en pression témoignant de profondeurs d'enfouissement supérieures à 50 km dans<br />un environnement thermique faible de 4 à 6°C/km.<br />Ces deux types de domaines sont interprétés comme différents niveaux d'une zone de subduction<br />intra-océanique, où les Schistes lustrés du Queyras, à forte composante sédimentaire et détritisme<br />océanique, sont assimilables à un prisme d'accrétion crustal tandis que les ensembles<br />éclogitiques correspondent à une portion d'un prisme profond constitué de péridotites hydratées,<br />associées à des morceaux de croûte océanique échantillonnés à différentes profondeur, le long du<br />plan de Benioff.<br />L'exhumation des schistes bleus et des éclogites s'effectue de façon diachrone, plus précoce pour<br />les schistes bleus que pour les éclogites, par des mécanismes différents, propres à la dynamique<br />interne de chacun des deux prismes, alors que la subduction est encore active. Ce n'est qu'à partir<br />de 30 Ma que l'édifice actuel de la zone Piémontaise est constitué et qu'il est mis en surface dans<br />un contexte strictement collisionnel sous l'effet combiné de l'érosion et de l'extension. Cette<br />extension syn-convergence débute dans les conditions du faciès des schistes verts et correspond<br />dans les domaines éclogitiques à une extension multi-directionnelle, localement cisaillante à<br />vergence Ouest, qui reflète l'exhumation par dénudation tectonique de l'ensemble des unités<br />éclogitiques. Par contre dans les Schistes lustrés du Queyras, les structures syn-schistes verts ont<br />été basculées vers l'Ouest de plusieurs dizaines de degrés au cours de l'exhumation. Le régime en<br />extension de la zone Piémontaise s'initie clairement alors que la chaîne est en raccourcissement<br />global, synchrone des grandes structures chevauchantes et de l'écaillage de la croûte européenne,<br />et se poursuit encore aujourd'hui alors que le système alpin est toujours en convergence.<br />La géométrie actuelle d'échelle crustale des zones internes se caractérise par la présence d'un coin<br />de manteau en position superficielle sous le massif de Dora Maira. Ce morceau de manteau<br />apulien, froid et rigide, a joué tout au long de la collision continentale, le rôle d'un indenteur<br />produisant l'écaillage de la marge européenne sous les zones internes. Ce poinçon mantellique,<br />est découpé en deux parties par l'intermédiaire d'un système de failles inverses verticalisées en<br />surface. Le découpage de ce butoir est à l'origine du partitionnement de la déformation récente à<br />actuelle des Alpes occidentales. L'extension syn-convergence dans la zone Piémontaise est la<br />conséquence du poinçonnement vertical généré par le racourcissement NW / SE enregistré à<br />l'échelle des plaques.<br />Mots clés: Alpes occidentales, zone Piémontaise, métamorphisme HP-BT, subduction intraocéanique,<br />exhumation, extension syn-convergence, indenteur mantellique.

La distribution spatiale des massifs UHP/BT montre que leur exhumation est un phénomène 3D qui a lieu uni-quement dans des zones particulières des chaînes de montagnes caractérisées par une complexité structurale et/ou géométrique. Dans les expériences de modélisation thermomécanique 2D de la subduction continentale en régime de faible compression, nous obtenons l'exhumation de roches HP depuis des profondeurs d'environs 70 km. La croûte continentale subduite plus profondément dans l'asthenosphere devient trop chaude (peu résis-tante). Elle se détache du manteau continental subduit, flue verticalement et se sous plaque sous la plaque chevauchante. La subduction continentale en régime de forte compression peut provoquer la rupture de la plaque chevauchante dans l'arc volcanique ou le bassin arrière arc aboutissant à la subduction du bloc avant arc ou de la plaque d'arc. La croûte continentale subduite avec ces unités peut atteindre 200 km de profondeur en étant gui-dée par ces unités et le manteau continental subduit. Dans ces conditions, la croûte est soumise aux conditions UHP/BT, mais elle ne peut pas être exhumé dans un contexte 2D. Nous montrons numériquement en 3D, que la subduction le long d'une frontière de plaques convexe entraîne localement dans la plaque chevauchante une extension horizontale parallèle à la frontière qui provoque localement le retrait du front de cette plaque et la réduction de la pression inter plaque. En imposant cette déformation extensive à la plaque chevauchante dans un modèle expérimental thermomécanique 3D nous avons obtenus l'exhumation locale des roches UHP/BT et avons pu étudier en détails son mécanisme.

Dans les zones de subduction, le recyclage de sédiments vers le manteau et la remontée de magmas depuis le manteau jusqu'à la croûte des arcs insulaires représentent des échanges de matière entre la croûte continentale et le manteau terrestre. Nous avons examiné ces échanges de masse en utilisant les compositions isotopiques de l'Hafnium et du Néodyme. Dans la zone de subduction d'Izu-Mariannes, les sédiments subduits présentent des compositions isotopiques de l'Hf et du Nd équivalentes aux compositions de l'eau de mer du Pacifique. La croûte océanique altérée présente des compositions isotopiques identiques à une croûte océanique non-altérée. Dans les zones de subduction de Luzon et de Java, les laves d'arc présentent des compositions isotopiques de l'Hf très radiogéniques par rapport à leurs compositions isotopiques du Nd. Ces compositions des laves d'arc de Luzon et de Java semblent conditionnées par la contamination de leurs sources par des sédiments océaniques subduits.

1 ° partie: Géométrie et cinématique de la subduction égéenne. Utilisant le fichier de séismes localisés parl'ISC, nous avons effectué un tri (fonction du nombre de lectures, de la couverture azimutale, des ondes pP etc ... ) concernant les séismes subcrustaux. Ce tri nous permet de définir une géométrie précise de la subduction, peu pentée sur environ 150 km, puis plongeant avec un angle de 45° jusqu'à 150 km de profondeur. Cette géométrie, qui n'est pas symétrique, est en accord avec le modèle cinématique de McKenzie . Les vecteurs glissements des mécanismes principaux, le long de l'arc, montre une grande dispersion pour les mécanismes crustaux, mais une direction moyenne similaire à celle du rapprochement Europe-Afrique pour les séismes intermédiaires. 2° partie: Structure en vitesse sous le Péloponnèse. L'inversion des temps d'arrivée de séismes locaux, enregistrés dans un réseau couvrant le Péloponnèse, montre une grande stabilité des résultats quelque soit le type d'onde considéré. Les anomalies de surface sont représentatives de la géologie de surface. Dans la croûte nous retrouvons la direction NW-SE, correspondant aux grandes unités structurales. Sous la croûte, une anomalie rapide peut être associée à la lithosphère plongeante. 3° partie: Structure en atténuation sous le Péloponnèse. Nous avons calculé le facteur Qc à partir de la décroissance de l'amplitude de la coda de séismes locaux enregistrés sous forme numérique dans le Péloponnèse. Une régionalisation du facteur Qc met en évidence une atténuation plus élevée sous le Péloponnèse que sous les bordures, ceci traduit probablement le passage d'une croûte amincie à une croûte épaisse. La variation de Qc avec la fréquence suit une loi de la forme Q, =73.5±34.5f.05±.11 similaire à ce qui est observé dans les régions à tectonique active.

La sismicité de la terminaison Nord-Ouest de l'Arc égéen est analysée à partir de données microsismiques. Celles-ci ont été recueillies par 52 stations qui ont fonctionné, en été 1989, sur les îles Ioniennes, en Acarnanie et en Epire. 656 microséismes ont été localisés et 128 solutions focales construites. La région étudiée constitue la zone de transition entre subduction océanique égéenne (au Sud de Céphalonie) et subduction continentale adriatique (au Nord de Zante). L'activité microsismique y est superficielle (0-40 km). Les microséismes observés à l'Est de Zante (z = 30-40 km) sont associés à la subduction océanique égéenne. Au Nord de Zante, la subduction continentale adriatique est sismiquement peu marquée ; les microséismes profonds (15- 40 km) jalonnent. en particulier, les failles N160° sénestres du couloir étolien et l'accident N20° dextre de Lixourion-Leucade. Le jeu de cette structure se manifeste sur Céphalonie par la présence de microséismes le long de la faille d'Ano-Angon ; ce jeu est, par ailleurs, associé à l'activité microsismique de la faille de l'Ainos. L'analyse des mécanismes focaux microsismiques par la méthode des dièdres droits révèle l'existence d'un raccourcissement horizontal profond N65° - N80° affectant la zone étudiée. Dans les premiers kilomètres de la couverture sédimentaire, les solutions focales indiquent la présence d'étirements de nature et d'orientations variées. En profondeur, au raccourcissement ENE-WSW, s'ajoute un étirement horizontal perpendiculaire. Tout se passe comme si un bloc apparemment asismique limité par le décrochement de Lixourion-Leucade, le couloir étolien et les failles normales du golfe Ambracique, subissait un mouvement vers le Sud. Le raccourcissement se traduit par les jeux dextre inverse du décrochement de Lixourion-Leucade et sénestre des failles du couloir étolien. D'autre part, les solutions focales microsismiques indiquent l'ouverture N-S du fossé d'Agrinion (lac Trikhonis) qui est connectée, par le jeu sénestre des failles du couloir étolien, à celle (apparemment asismique) du golfe Ambracique.

Le segment Nord-Ouest himalayen (Kohistan-Ladakh et Karakorum, NE Pakistan et NO Inde) est une zone appropriée pour étudier les étapes de la convergence de deux continents (Inde et Asie), en contexte océanique puis continental sur 110 Ma. Une approche pluridisciplinaire (géologie structurale, pétro-géochimie, thermo-barométrie, géochronologie Ar-Ar) a été utilisée. Les étapes intra-océaniques de la convergence sont étudiées via les séries d'arc du Nord-Ladakh. Cette étude permet de raccorder l'arc océanique du Kohistan à l'W, à la marge active tibétaine à l'Est. L'étude des isotopes du Sr, Nd et Pb des laves d'arc fournit des rapports isotopiques élevés rappelant l'anomalie " DUPAL ". Des laves adakitiques et riches en Nb-Ta et Ti sont également présentes. Ces données suggèrent l'interaction entre liquides issus de la fusion de la croûte subduite et le manteau, à la suite de la subduction de la ride néo-téthysienne, comme déjà proposé pour l'initiation de l'obduction de l'ophiolite d'Oman, en réponse à une inversion tectonique: la remontée de l'Inde vers le Nord. Les étapes de la convergence post-collisionnelle, après une phase de raccourcissement NE-SW entre 60 et 40 Ma, sont marquées par une partition de la déformation: Une bande E-W de dômes recoupe les structures précoces, dans un contexte de raccourcissement N-S et d'extrusion verticale, associée à un métamorphisme HT dans le faciès des granulites et à un magmatisme à affinité mantellique (25 - 5 Ma). Cette granulitisation de la croûte asiatique pourrait être liée à un apport de chaleur mantellique lié au détachement du slab indien. La faille décrochante du Karakorum sert de limite entre Karakorum et Tibet et accommode l'extrusion latérale de celui-ci. Des granulites sont exhumées dans la zone de faille probablement d'ampleur lithosphérique. Le déplacement le long de la faille semble hétérogène, avec un rejet total de 300 km basé sur la corrélation des blocs de Lhasa et du Karakorum.

Ce travail apporte de nouvelles contraintes sur les interactions entre déformation et processus d'hydratation et de percolation de magma ou de fluides dans le manteau à l'aplomb d'une zone de subduction et leurs implications sur les propriétés sismiques dans le coin mantellique. Il se base sur l'analyse de péridotites à spinelle provenant du massif de Ronda (Espagne) et deux séries de xénolites issues de zones de subduction actives (Kamchatka, Papouasie-Nouvelle-Guinée). L'étude structurale, pétrologique et géochimique de ces échantillons montrent qu'ils ont subit une percolation réactive de magma ou de fluide synchrone d'une déformation de haute température basse contrainte cohérente avec les condition PT de la base de la lithosphère ou de l'asthénosphère. Cette percolation réactive est responsable d'un enrichissement en pyroxènes, qui est souvent localisé dans des bandes parallèles à la foliation. Cet enrichissement est associé à une dispersion de l'orientation cristallographique de l'olivine. Les systèmes de glissement dominant dans l'olivine sont dans tous les cas {0kl}[100], ce qui implique que la direction de polarisation rapide des ondes S dans la partie supérieure du coin mantellique est parallèle à la direction d'écoulement dans le manteau. La décroissance de l'intensité des OPR de l'olivine associée à l'enrichissement en pyroxènes a pour conséquence une réduction non négligeable de l'anisotropie sismique qui peut induire jusqu'à 33% d'erreur sur l'interprétation de l'épaisseur de la couche anisotrope. Un enrichissement en orthopyroxène peut aussi entraîner une baisse du rapport Vp/Vs, mais ne peut expliquer les rapports Vp/Vs <1,7 cartés dans certains avant-arcs. Cependant de telles valeurs peuvent être expliquées si l'anisotropie des péridotites du coin mantellique est prise en compte. Les analyses par spectroscopie infra-rouge montrent que les olivines des deux séries de xénolites étudiées contiennent moins d'eau que la saturation théorique calculée pour leurs températures d'équilibre dans le domaine du spinelle. Ces faibles concentrations en eau sont similaires à celles observées dans les olivines des péridotites à spinelle des autres zones de subduction. Elles enregistrent probablement la faible solubilité de l'eau dans l'olivine à des pressions relativement basses et la déshydratation au cours de l'exhumation des xénolites. Ces teneurs en eau mesurées ainsi que les estimations de la saturation théorique ne sont pas suffisantes pour changer la direction de glissement dominante dans l'olivine de [100] à [001].

Les observations récentes ont mis en évidence la diversité des régimes de glissement des failles, et particulièrement l'existence de glissements asismiques transitoires, les séismes lents. Ce travail a pour objectif la compréhension de l'impact de ces séismes lents sur le cycle sismique. La zone étudiée correspond à la zone de subduction du sud du Mexique, au niveau de la lacune sismique de Guerrero. A partir de mesures de déplacement de surface, principalement par GPS, le glissement sur l'interface de subduction est modélisé par des dislocations dans un milieu élastique. Cette analyse nous permet de contraindre l'évolution spatio-temporelle de deux épisodes de glissements lent (2006 et 2009-2010), ainsi que le couplage de l'interface de subduction. Nos résultats montrent une certaine variabilité dans l'évolution spatio-temporelle des deux glissements étudiés : le séisme lent de 2006 présente clairement une propagation du glissement, à une vitesse d'environ 1 km/jour ; le séisme lent de 2009-2010 présente deux sous-évènements, l'occurrence du deuxième sous-évènement étant liée au déclenchement par le séisme de Maule au Chili. Nos résultats mettent également en évidence les variations latérales dans le couplage intersismique de l'interface de subduction : le couplage dans la lacune sismique de Guerrero étant 4 fois plus faible que le couplage de part et d'autre de la lacune. Ainsi la majeure partie du glissement est accommodée par les séismes lents dans la lacune sismique de Guerrero.

Le mémoire de thèse comporte deux études relatives aux Alpes occidentales: 1) une étude de la sismicité(relocalisation des séismes locaux à l'aide d'un modèle 3D); 2) une étude de la structure lithosphérique à l'aide de résidus télésismiques, Ces deux études sont les premiers résultats significatifs utilisant les données du nouveau réseau SISMALP. La première partie traite essentiellement des problèmes de localisation des séismes alpins. Compte tenu de la complexité structurale des Alpes, un modèle de vitesse 3D a été élaboré afin d'obtenir des relocalisations précises des foyers sismiques. Le modèle crustal, partitionné en blocs de taille variable, est déduit d'une compilation des données et des résultats géophysiques. La méthode est appliquée à la relocalisation de deux crises sismiques : l'une en Ubaye, l'autre en mer Ligure. Une troisième application à l'échelle des Alpes occidentales et concernant quatre années de sismicité, met en évidence des essaims sismiques très bien contraints et montre une nouvelle image de la sismicité. La seconde partie présente une analyse des anomalies des temps de propagation des ondes P télésismiques. Une étude des variations azimutales des résidus relatifs permet de confirmer l'existence d'un plongement Iithosphérique situé en bordure ouest de la plaine du Pô. Un autre résultat important est la mise en évidence d'un accident Iithosphérique majeur orienté N140 séparant une microplaque de Provence d'une microplaque du Briançonnais. L'application d'une méthode de tracé de rais dans un milieu 2,5D montre : l'existence d'une paléo-subduction de la microplaque du Briançonnais sous le promontoire Adriatique atteignant 220 km de profondeur; l'existence d'une asthénosphère très lente sous la plaque Europe et l'existence d'une probable anisotropie de vitesse à grande échelle. De nouvelles implications géodynamiques pour les Alpes occidentales sont discutées.