Les illites et les chlorites sont des minéraux ubiquistes dans la plupart des roches diagénétiques. Leurs compositions chimiques dépendent des conditions physiques subies (pression, P ; température, T) et de la composition de l’encaissant (e.g. Vidal et al., 1999 ; Parra et al., 2002a, 2002b). Ces minéraux peuvent donc potentiellement être de très bons marqueurs de l’histoire de l’enfouissement, et sont à la base de nombreuses méthodes empiriques ou thermodynamiques d’estimation des conditions P-T.Une compilation de données naturelles et la comparaison des thermobaromètres existants ont permis d’établir leurs limitations respectives. Pour s’en affranchir, un nouveau modèle ordonné de solution solide pour les chlorites a été développé, qui rend compte des forts contenus en silicium observés dans les chlorites naturelles de basses températures. La calibration de ce nouveau thermobaromètre sur des domaines géologiques variés de BT-BP a été testée sur des analyses de chlorites naturelles de la Gulf Coast (Texas) au pic de température (où les données P-T ont été mesurées in situ) et montre d’excellents résultats. Concernant les illites, le modèle thermodynamique le plus abouti (Dubacq et al., 2010) a également été testé de manière à estimer sa précision. L’étude a été complétée par la quantification de l’influence du fer ferrique. Les analyses chimiques utilisées ont été obtenues grâce à un protocole analytique à haute résolution spatiale. Alliant FIB et MET-EDS, ce protocole a permis une étude microtexturale et chimique fine des chlorites et des illites. Il en ressort que ces minéraux possèdent une diversité intracristalline dans leurs compositions et que la zonation chimique résultante apparaît comme une potentielle source d’erreurs dans la calibration des thermobaromètres, tout en permettant d’envisager la notion d’équilibre à l’échelle locale.Cette approche a été utilisée pour quantifier les trajets P-T d’unités géologiques des Alpes de Glarus. Ces résultats, comparés à ceux obtenus avec des méthodes thermobarométriques conventionnelles, donnent une bonne image des processus d’enfouissement et d’exhumation des roches de basse température. Ainsi, il apparaît que chaque composition enregistre une portion du chemin P-T rétrograde. D’une manière générale, chaque zone d’un même cristal renvoie à une partie de l’histoire de la roche. / Illite and chlorite are ubiquitous in most diagenetic rocks. Their chemical compositions are sensitive to thermobarometric conditions (pressure, P; temperature, T) and the bulk composition (e.g. Vidal et al., 1999; Parra et al., 2002a, 2002b). These minerals can be good indicators of burial history, and are the basis of several empiric or thermodynamic methods to estimate P-T conditions. A compilation of natural data and the comparison of existing thermobarometers allowed to establish their limitations. To circumvent it, an ordered model of solid solution for chlorites was developed which considers Si-rich low-T compositions. The calibration of this new thermobarometer on various LT-LP geologic fields was tested on natural chlorites analysis of Gulf Coast (Texas) at metamorphic peak, and gives accurate results. Concerning illites, the thermodynamic model of Dubacq et al. (2010) was also tested to estimate its precision. The study was completed by the quantification of the Fe3+ effects. Chemical analyses were obtained by an analytical protocol with high spatial resolution. Combining FIB and EDX-TEM, this protocol allowed an accurate microstructural study of chlorites and illites. These minerals have an intracristalline diversity of their chemical composition. The resulting chemical zonation is a potential error in calibration of thermometers, but allowed consideration of local equilibrium.This approach was used to quantify the P-T path of geologic units in Alps (near Glarus). These results, compared to results of conventional thermobarometers, give a good representation of burial and exhumation process for low-T rocks. Thus, the chemistry records a part of retrograde P-T path and each part of a crystal zoning corresponds to a part of rocks history.

Ces dernières décennies, les xénolites de péridotites provenant des kimberlites et des basaltes ont contribué de manière déterminante à la compréhension de l'état physico-chimique du manteau supérieur de la Terre dont dépend la modélisation directe de déformation telle que le rebond post-glaciaire. Une telle approche requiert a priori la détermination des conditions physiques P, T et σ dont témoignent la chimie minérale et la texture de ces roches. Un protocole original d'inversion thermodynamique de données expérimentales pour des pyroxènes en équilibre mutuel, a d'abord été développé dans le but d'obtenir un géothermobaromètre fiable. D'autre part, l'étude menée par spectroscopie IRTF de pyroxènes montre que ces minéraux nominalement anhydres (NAMs) contiennent en fait de l'eau sous forme dissoute, de 38 à 450 ppm pour les cpx, et de 19 à 184 ppm pour les opx.Par son rôle perturbateur du réseau cristallin, cette eau affecte directement les propriétés physico-chimiques du manteau terrestre (viscosité, diagrammes de phase, conductivité électrique). La dissolution de cette eau est correlée à fO2, P et T, et seulement indirectement à la chimie des minéraux. Des analyses 1H, 27Al et 29Si MAS RMN sur ces phases contenant des teneurs non négligeables en fer, ainsi que sur des mélanges kaolinite+magnétite, permettent, entre autres, d'authentifier les signatures spectrales de ces pyroxènes naturels mais aussi de quantifier les espèces Al en termes de sites d'occupation. La complémentarité de ces outils, appliqués ici avec succès, ouvre de nouvelles perspectives de compréhension et modélisation des processus profonds.

Les illites et les chlorites sont des minéraux ubiquistes dans la plupart des roches diagénétiques. Leurs compositions chimiques dépendent des conditions physiques subies (pression, P ; température, T) et de la composition de l'encaissant (e.g. Vidal et al., 1999 ; Parra et al., 2002a, 2002b). Ces minéraux peuvent donc potentiellement être de très bons marqueurs de l'histoire de l'enfouissement, et sont à la base de nombreuses méthodes empiriques ou thermodynamiques d'estimation des conditions P-T.Une compilation de données naturelles et la comparaison des thermobaromètres existants ont permis d'établir leurs limitations respectives. Pour s'en affranchir, un nouveau modèle ordonné de solution solide pour les chlorites a été développé, qui rend compte des forts contenus en silicium observés dans les chlorites naturelles de basses températures. La calibration de ce nouveau thermobaromètre sur des domaines géologiques variés de BT-BP a été testée sur des analyses de chlorites naturelles de la Gulf Coast (Texas) au pic de température (où les données P-T ont été mesurées in situ) et montre d'excellents résultats. Concernant les illites, le modèle thermodynamique le plus abouti (Dubacq et al., 2010) a également été testé de manière à estimer sa précision. L'étude a été complétée par la quantification de l'influence du fer ferrique. Les analyses chimiques utilisées ont été obtenues grâce à un protocole analytique à haute résolution spatiale. Alliant FIB et MET-EDS, ce protocole a permis une étude microtexturale et chimique fine des chlorites et des illites. Il en ressort que ces minéraux possèdent une diversité intracristalline dans leurs compositions et que la zonation chimique résultante apparaît comme une potentielle source d'erreurs dans la calibration des thermobaromètres, tout en permettant d'envisager la notion d'équilibre à l'échelle locale.Cette approche a été utilisée pour quantifier les trajets P-T d'unités géologiques des Alpes de Glarus. Ces résultats, comparés à ceux obtenus avec des méthodes thermobarométriques conventionnelles, donnent une bonne image des processus d'enfouissement et d'exhumation des roches de basse température. Ainsi, il apparaît que chaque composition enregistre une portion du chemin P-T rétrograde. D'une manière générale, chaque zone d'un même cristal renvoie à une partie de l'histoire de la roche.

Le massif de l'Agly a subit un métamorphisme hercynien haute température – basse pression dont le gradient apparent est comparable à celui des zones volcaniques actuelles (120°C.km-1). Ce gradient anormal a donné lieu à plusieurs hypothèses (i) des déformations structurales (amincissement crustal, délamination), (ii) un apport thermique (activité magmatique).Les affleurements du massif de l'Agly permettent l'observation d'une succession sans hiatus apparent des faciès métamorphiques de schistes verts à granulites. Le socle est constitué de gneiss précambriens et d'orthogneiss cambriens. En discordance sur le socle repose une couverture de sédiments paléozoïques. De nombreux granitoïdes tardi-carbonifère se sont mis en place à dans le massif.Nous avons actualisé les données thermobarométrique selon deux approches (la modélisation thermodynamique NKFMASHTL et des calibrations thermobarométrique). Les résultats barométriques indiquent une pression maximale de 4,5 ± 0,5 kbar pour les terrains les plus profonds et un hiatus de l’ordre de 1,5 kbar entre socle et couverture. Le pic du métamorphisme est suivi par des réactions correspondant à une décompression.Une modélisation thermique de la conduction de sills nous a permis de tester l'effet de différents paramètres : conductivité, capacité calorifique ; géotherme initial ; épaisseur de la croûte ; réactions métamorphiques ; fréquence, géométrie, température et profondeur d'injection des sills. Un amincissement crustal ou un apport de chaleur mantellique purement conductif ne sont pas suffisant, sans la mise en place de sills à une profondeur équivalente à celle du haut du socle, pour expliquer les observations. / The Agly massif undergone a high temperature - low pressure metamorphism which shows an apparent thermal gradient comparable to that of present-day volcanic zones (120°C.km-1). Such abnormal thermal gradients have given way to various hypotheses, including structural deformations (crustal thinning, delamination), or heat input due to a magmatic activity.The outcrops through the Agly massif allow the study of an apparently hiatus-free succession of metamorphic facies ranging from greenschists to granulites. The massif is composed of a basement of precambrian gneisses and cambrian orthogneisses. The basement is unconformably overlain by a paleozoïc sedimentary cover. The late-Carboniferous granitoïds, associated to mafic intrusions, are observed at all levels.We have used thermodynamic modelling and thermobarometric calibrations to revisited the thermobarometric data for both cover and basement rocks. Both methods provide consistent barometric results, 4,5 ± 0,5 kbar for the deepest parts of the massif and a hiatus in the range of 1,5 kbar between the basement and the cover. Post-peak reactions correspond to a decompression. A conductive thermal modelling of sills injection allow us to test the influence of various parameters on the heat flow through the crust modeled : thermal conductivity and heat capacity ; initial geotherm ; crust thickness ; metamorphic reactions ; timing, geometry, temperature and depth of sill injection. Crustal delamination, thinning or magma emplacement in the lower crust cannot reproduce the observed HT-LP metamorphic conditions, unless associated with magma injection at the depth corresponding to the one of the top of the Agly basement.

Ces dernières décennies, les xénolites de péridotites provenant des kimberlites et des basaltes ont contribué de manière déterminante à la compréhension de l’état physico-chimique du manteau supérieur de la Terre dont dépend la modélisation directe de déformation telle que le rebond post-glaciaire. Une telle approche requiert a priori la détermination des conditions physiques P, T et σ dont témoignent la chimie minérale et la texture de ces roches. Un protocole original d’inversion thermodynamique de données expérimentales pour des pyroxènes en équilibre mutuel, a d’abord été développé dans le but d’obtenir un géothermobaromètre fiable. D’autre part, l’étude menée par spectroscopie IRTF de pyroxènes montre que ces minéraux nominalement anhydres (NAMs) contiennent en fait de l’eau sous forme dissoute, de 38 à 450 ppm pour les cpx, et de 19 à 184 ppm pour les opx.Par son rôle perturbateur du réseau cristallin, cette eau affecte directement les propriétés physico-chimiques du manteau terrestre (viscosité, diagrammes de phase, conductivité électrique). La dissolution de cette eau est correlée à fO2, P et T, et seulement indirectement à la chimie des minéraux. Des analyses 1H, 27Al et 29Si MAS RMN sur ces phases contenant des teneurs non négligeables en fer, ainsi que sur des mélanges kaolinite+magnétite, permettent, entre autres, d’authentifier les signatures spectrales de ces pyroxènes naturels mais aussi de quantifier les espèces Al en termes de sites d’occupation. La complémentarité de ces outils, appliqués ici avec succès, ouvre de nouvelles perspectives de compréhension et modélisation des processus profonds. / Over the last decades, peridotite xenoliths brought up by kimberlites and basalts have largely and critically contributed to the understanding of the physical and chemical state of the Earth’s upper-mantle, a prerequisite for direct modelling of deep deformations such as those at work in post-glacial rebound. Such an approach first requires quantification of the physical conditions (P, T, σ) in control of mineral chemistry and rock textures. An original protocol for thermodynamic inversion of experimental data on mutually-equilibrated pyroxenes, was first developed to obtain a reliable geothermobarometer. Moreover, FTIR spectroscopic studies of pyroxenes show that these nominally anhydrous minerals (NAMs) actually contain dissolved water, from 38 to 450 ppm for cpx’s and from 19 to 184 ppm for opx’s. According to its disruptive action onto the crystalline network, such water directly affects the physical and chemical properties of the Earth’s mantle (viscosity, phase diagrams, electrical conductivity). Dissolution of this water component is correlated to fO2, P and T, but only indirectly to mineral composition. Last, 1H, 27Al and 29Si MAS NMR analyses on the same pyroxenes (as iron-bearing minerals), as well as on kaolinite+magnetite mixes, have authenticated NMR spectra for natural pyroxenes, but have also yielded constraining data on site occupancies, specially for Al. These complementary tools applied here with some success, open new prospects for the understanding and modelling of deep processes.

La chaîne du Sud Tien-Shan (STS) en Asie Centrale est une des plus grandes chaînes intracontinentales et résulte de la réactivation de structures héritées de son histoire Paléozoïque lors de la formation de la Ceinture Orogénique d’Asie Centrale (CAOB). La compréhension de la tectonique actuelle du STS repose donc sur une bonne connaissance de sa structuration au Paléozoïque qui reste néanmoins largement débattue. La partie kirghize de la chaîne a été moins étudiée que la partie chinoise et cette thèse propose donc une étude détaillée du STS kirghize. En particulier, l’étude des massifs métamorphiques situés le long de la suture du STS permet de contraindre l’histoire de subduction. L’approche utilisée est pluridisciplinaire, basée sur une étude de terrain, puis une analysethermobarométrique utilisant des micro-cartographies chimiques couplées à de la modélisation thermodynamique, et enfin une étude géochronologique.Nous montrons que la faille de Talas-Fergana, faille active de 2000 km de long, est une discontinuité majeure dès le Carbonifère supérieur puisqu’elle délimite deux domaines à l’évolution distincte. A l’ouest, une subduction à vergence nord de l’océan Turkestan a conduit à la formation d’un arc magmatique important. Autour de ca. 301 Ma, la collision entre le Kazakhstan et le craton Alai entraine un épaississement crustal important associé à des nappes. A l’est, une subduction à vergence sud de ce même océan est suggérée par une structure à pendage sud présentant des unités de haute-pression océanique et continentale exhumées au sein d’un paléo-prisme d’accrétion de plus bas degré métamorphique le long de chevauchements à vergence nord et de détachements à vergence sud.La fermeture de l’océan Turkestan est marquée par l’exhumation de l’unité de haute-pression continentale à ca. 320-330 Ma. Au Permien, une première phase de réactivation dans un régime transpressif, est associée à un magmatisme intense. En bordure de la chaîne, ce magmatisme interagit avec un panache mantellique sous le craton du Tarim. Cette phase permienne a conduit d’une part à l’initiation de chevauchements à vergence sud, au sud du STS et d’autre part à la modification de la structure thermique de la lithosphère sous le Tarim.Le modèle d’évolution proposé pour le STS kirghize s’intègre bien dans un modèle d’évolution global de la CAOB. De plus, on voit que la structuration Paléozoïque, de la collision carbonifère à la première phase de réactivation permienne, permet d’expliquer la tectonique actuelle du STS qui est une chaîne à double vergence s’élevant au-dessus de bassin intramontagneux au nord et au-dessus du craton du Tarim au sud qui se comporte comme un bloc rigide / The South Tien-Shan (STS) belt, in Central Asia, is one of the largest intracontinental orogens. It results from the reactivation of Paleozoic structures inherited from the Central Asia Orogenic Belt (CAOB) building. Understanding the current tectonics of STS requires the knowledge of the Paleozoic history which is, however, still debated. As the Kyrgyz part of STS has been less studied than the Chinese one, this thesis aims to provide a detailed study of the Kyrgyz STS. Studying metamorphic ranges along the STS suture allows constraining the subduction history. A pluri-disciplinary approach was used, firstly based on field observations, then on thermobarometric studies combining X-ray micro-mapping and thermodynamic modeling and finally on geochronological studies.Results show that the Talas-Fergana fault, which is a 2000 km long active fault, was an important discontinuity from Upper Carboniferous times as it separated two areas with distinct geodynamic evolutions. To the west, a north-dipping subduction of the Turkestan Ocean led to the development of an important magmatic arc. Around ca. 301 Ma, the collision of Kazakhstan and Alai blocks resulted in crustal thickening and nappe stacking. To the east, a south-dipping subduction is suggested by south dipping structures exhibiting both oceanic and continental high-pressures units exhumed in a lower-grade paleo-accretionnary prism along top-to-the-north thrusts and top-to-the-south detachments. The continental high-pressure unit was exhumed at ca. 320-330 Ma just after the Turkestan Ocean closure. During Permian times, a first reactivation phase was associated to transpressive tectonics and intense magmatism. At the southern boundary of STS, interactions between transpressive tectonics and a mantle plume beneath the Tarim craton are reported. This Permian history led to the initiation of top-to-the-south thrusting to the south of STS and to the modification of thermal state of the lithosphere beneath the Tarim.The geodynamic model proposed for the Kyrgyz STS fits well with proposed models of global CAOB evolution. Moreover, is shows that the Paleozoic structuration, from the Carboniferous collision to the Permian reactivation, explains the current tectonics of STS which is a doubly vergent mountain belt thrusting intramontane basins to the north and the Tarim craton to the south. This latter acts as a rigid block since the Paleozoic

Le Massif composite du Tichka a été étudié dans le but de préciser les mécanismes de sa formation, pour les raisons suivantes : il offre une coupe verticale de 2500m avec une qualité exceptionnelle d'affleurements qui permet de faire des observations et des échantillonnages en continu ; il montre une gamme de composition allant des gabbros aux leucogranites avec des relations spectaculaires entre les diorites et les granitoïdes contemporains. Les études de terrain, pétrographiques, minéralogiques, géochimiques, isotopiques (Sr et Nd) ont été utilisées pour mieux cerner sa genèse. De plus, l'étude des structures magmatiques et des propriétés rhéologiques des magmas a permis de mieux comprendre le mode d'ascension et de mise place du pluton. Le modèle génétique ainsi proposé peut être appliqué à d'autres associations plutoniques comparables, d'âges et d'environnements géotectoniques variés. Le Massif du Tichka s'est mis en place il y a 291 ± 5 Ma (isochrone Rb-Sr sur roches totales) dans des séries cambriennes au Nord de l'accident du Tizi n'Test (N70), branche de la faille Sud-Atlasique. La profondeur de cette mise en place a été estimée, par barométrie sur les amphiboles des plutonites, à 7 km environ, en accord (1) avec les estimations des épaisseurs de la pile sédimentaire encaissante et (2) avec les conditions thermobarométriques de développement des minéraux, par métamorphisme de contact, à proximité immédiate du pluton. Sur l'ensemble du massif, cinq groupes de roches ont été identifiés sur la base de critères de terrain, pétrographiques et géochimiques : gabbros, diorites (subdivisées en méladiorites, diorites communes et diorites hétérogènes), granodiorites-tonalites, monzogranites, leucogranites (subdivisés en leucogranites à biotite ± amphibole et leucogranites à deux micas). Toutes ces roches, mis à part les leucogranites à deux micas plus jeunes, sont contemporaines. L'étude des structures acquises' à l'état magmatique montre que: (1) le complexe est constitué de trois intrusions composites, à géométrie bien définie, sub - contemporaines, limitées au Sud par des écrans d'encaissant méta-volcanosédimentaire, et d'une intrusion de leucogranites à deux micas, localisée dans le Nord-Est, légèrement plus tardive et à géométrie mal définie; (2) la source magmatique a migré au cours du temps du Sud-Ouest vers le Nord-Est; (3) le mouvement de la composante décrochante dextre de l'accident du Tizi n'Test était -relativement faible par rapport à la composante inverse au moment de la mise en place; (4) les parties internes du massif montaient plus vite que, les parties externes lors de l'ascension des intrusions; (5) l'intrusion de leucogranites à deux micas, la plus récente, est constituée de petits corps diapiriques rassemblés autour du diapir kilométrique du Tasghimout; elle s'est mise en place alors que les autres intrusions étaient déjà cristallisées mais pas entièrement refroidies. Les études pétrographiques, minéralogiques, géochimiques, isotopiques (Sr et Nd) ont permis de proposer le type de genèse suivant: deux magmas basiques issus du manteau sous-continental par des taux de fusion différents, se mettent en place successivement en base de croûte. Le premier cristallise rapidement en évoluant peu et pratiquement sans contamination; il donnera le groupe des gabbros. Le second est soumis à un processus complexe qui allie cristallisation fractionnée et contamination (AFC) par la croûte. Il formera le groupe des diorites. La montée de ces magmas et de l'anomalie thermique qui les accompagne induit la fusion de la base de la croûte de nature hétérogène et litée. Cette croûte a été injectée de magmas basiques à intermédiaires peu de temps avant sa fusion. Son anatexie génère des magmas de composition granodioritique et monzogranitique. Le magma monzogranitique évolue par cristallisation fractionnée jusqu'à des leucogranites à biotite ± amphibole. Les magmas dioritique et granodioritique sont rassemblés à la profondeur de 15 à 20 km dans une chambre magmatique où une stratification est obtenue par convection et instabilité gravitaire et où des échanges entre les magmas, qui commencent à cristalliser, ont probablement eu lieu mais de façon limitée. Les leucogranites à deux micas qui forment l'essentiel de l'intrusion Nord-Est sont des granites de type S formés par anatexie de la croûte supérieure. Ils se mettent en place tardivement alors que le bâti avait un comportement cassant. La fin de l'activité magmatique est marquée par une activité hydrothermale localisée et par la mise en place de filons doléritiques. Le Massif du Tichka est de type calédonien post collision; les roches basiques qui le composent ont des caractères de basaltes intraplaques continentales plus précisément transitionnels et les granitoïdes ont des traits de granites post-collision. L'association du Tichka est de, type cafémique métalumineuse, transitionnelle à tendance suba1caline sodique. Les leucogranites à deux micas appartiennent au domaine alumino-potassique. Les calculs des densités et des viscosités des magmas montrent que (1) leur montée a pu se faire sous forme diapirique, (2) le magma dioritique a une viscosité plus faible (104 poises) que le magma granodioritique (106 poises) et (3) les viscosités peuvent s'inverser au cours de la cristallisation vers des températures de 850°C. L'évolution des viscosités au cours du refroidissement et l'inversion de leur courbe, permettent d'expliquer toutes les figures observées aux interfaces entre les diorites et les granodiorites synchrones. L'accident du Tizi n'Test (de direction N70) et, dans une moindre mesure, la zone faillée ouest-atlasique (subméridienne), à proximité desquels le Massif du Tichka s'est mis en place, ont joué un rôle important dans la genèse du pluton. Le premier a permis, en effet, par décompression adiabatique et introduction d'eau, la fusion du manteau et a facilité la montée des magmas basiques. Cette genèse est intracontinentale dans un bloc émergé (ou presque) depuis le Tournaisien ; elle se déroulerait dans cette période charnière entre la collision (épaississement) continentale carbonifère et la distension permienne. Par son histoire complexe impliquant des intrusions emboîtées multiples, des sources magmatiques nombreuses, des processus de genèse variés, le Massif du Tichka présente des affinités avec d'autres massifs hercyniens au Maroc ou ailleurs dans la chaîne varisque ouest européenne.

Les roches métamorphiques ou les matériaux industriels voient leur composition minéralogique évoluer lorsqu'ils sont soumis à des déséquilibres thermomécaniques, c'est-à-dire à une évolution spatiale ou temporelle de la pression et de la température, ou des déséquilibres chimiques comme des variations des conditions redox, du pH... Par exemple, à basse température, les roches sous l'influence des processus métamorphiques ne se rééquilibrent que partiellement, sauvegardant ainsi des équilibres thermodynamiques de manière locale et augmentant leurs hétérogénéités chimiques spatiales. La compréhension de tels systèmes en évolution P-T et le déchiffrage des modalités de leur évolution minéralogique impliquent de reconnaître et de caractériser la taille de ces « paléo équilibres » locaux, et donc d'avoir une information chimique spatiale au moins en 2 dimensions. Afin d'obtenir cette information, des images microsondes de fluorescence X ont été utilisées. Pour accroître leur potentiel et les employer à des fins thermobarométriques, des scripts informatiques ont alors été développés sous Matlab. Ils permettent de quantifier ces images semi-quantitatives mais également de les coupler avec la technique thermodynamique des multi-équilibres afin de produire des cartes de P-T de formation des minéraux.<br />Comme le montrent les premières applications réalisées sur deux métapélites provenant de la ceinture schiste bleu de Sambagawa au Japon et de la zone éclogitique préservée de la chaîne Calédonienne au Spitzberg, les cartes chimiques quantitatives sont très riches d'enseignement sur l'histoire métamorphique d'une roche. De ces cartes chimiques ont été dérivées des cartes de P-T-temps-redox-déformation d'échantillons, permettant de caractériser les conditions P-T de formation des minéraux et donc le chemin P-T de l'échantillon, l'état d'oxydation du fer dans la phase chlorite, de souligner la relation entre déformation et cristallisation, de proposer une chronologie relative de cristallisation des minéraux et des déformations. La carte de la teneur en Fe3+ dans les chlorites calculée par la thermodynamique a également été validée grâce à une cartographie µ-XANES au seuil K du fer mesurée à l'ESRF (ID24) avec une méthode innovante.<br />La dernière application concerne une étude expérimentale de matériaux argileux, principaux constituants d'un modèle analogique d'un type de site de stockage de déchets nucléaires. Les images chimiques ont permis de caractériser en 2 dimensions l'évolution minéralogique des argiles vers des pôles riches en fer. Elles ont également été utilisées comme données de base pour la réalisation d'un modèle numérique 2D par éléments finis visant à estimer le coefficient de diffusion du fer dans les argiles à basse température, donnée importante pour modéliser la déstabilisation au cours du temps d'un site de stockage de déchets radioactifs.

Les processus de déformation contrôlant l'amincissement de la lithosphère continentale sont encore mal contraints. Nos connaissances sont principalement basées sur la modélisation thermomécanique d'extension à l'échelle de la lithosphère--utilisant des lois rhéologiques derivées expérimentalement, l'imagerie géophysique et l'analyse de xénolithes provenant de rift continentaux actifs à ce jour, tels que le Rift Est-Africain. L'originalité de ce travail reside dans l'étude des deux plus grands massifs de péridotites sous-continentales ayant enregistrées des conditions primaires du facies à diamant: les massifs de Beni Bousera au nord du Maroc et de Ronda au sud de l'Espagne, respectivement. Les structures et la zonation petrologique et métamorphique --impliquant une évolution polybarique et polythermique-- préservéees dans ces massifs offrent une opportunité unique pour étudier l'évolution thermo-mécanique du manteau sous-continental dans un contexte extensif. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes de déformation des péridotites et des pyroxénites afin de contraindre les modes d'exhumation du manteau lithosphérique sous-continental, depuis des conditions du facies des lherzolites à grenat, jusqu'au facies à spinelle et enfin à plagioclase. Nous avons combiné la cartographie des faciès tectono-métamorphiques et des structures ductiles de déformation, l'analyse des microstructures, la mesure d'orientations préférentielles de réseau (OPR), et la géothermobarométrie conventionelle couplée à la modélisation thermodynamique (PerpleX) afin de contraindre les conditions de pression et température de la déformation. Nous avons montré que l'exhumation précoce du facies à grenat au facies à spinelle était accomodée par une faille transtensive affectant le manteau lithosphérique. Dans ce contexte, la zonation tectono-métamorphique et le gradient thermique important (ca. 100ºC/km) préservés à Beni Bousera résultent de la juxtaposition mécanique de domaines lithosphériques initialement équilibrés à différentes pressions et températures, fossilisée à une profondeur de ca. 60 km durant l'Oligocène supérieur (ca. 25 Ma). L'exhumation finale du facies de lherzolite à spinelle au facies à plagioclase et l'emplacement final dans la croûte, mieux enregistrés dans Ronda, se sont produits par inversion et plissement de la section lithosphérique fortement amincie dans un contexte arrière-arc, probablement lors du retrait vers le sud de la lithosphère subduite et la collision de l'arc avec les paléo-marges maghrébines au Miocène inférieur (21-23 Ma).

En comparaison aux éruptions basaltiques effusives, les éruptions basaltiques explosives sont relativement rares et leurs propriétés physiques sont mal comprises. L’objectif de cette thèse est d’étudier les causes à l’origine de l’explosivité des magmas basaltiques en caractérisant les produits volcaniques de l’éruption subplinienne trachybasaltique des Puys de La Vache-Lassolas (Chaîne des Puys, France) et des éruptions phréatomagmatiques et subpliniennes de magma basaltique tholéiitique du Grímsvötn (Islande). Les minéraux, verres matriciels et inclusions magmatiques (MI) ont été analysés à la microsonde électronique afin d’estimer les concentrations en éléments volatils (initiales et finales) et les pressions (P) et températures (T) de cristallisation, en utilisant la thermobarométrie basée sur l’équilibre clinopyroxène-liquide. Une étude expérimentale a été réalisée afin de mieux comprendre les limites de la thermobarométrie clinopyroxène-liquide à des pressions crustales et pendant l’ascension magmatique. Quatre éruptions de Grímsvötn ont été étudiées : deux phréatomagmatiques (celles de 1823 et 2004) et deux (sub-)pliniennes (1873 et 2011). Les éruptions subpliniennes ont des concentrations en éléments volatils plus élevées que celles des phréatomagmatiques. De plus, les premières sont également sujettes à une exsolution plus poussée du gaz dissous, ce qui se traduit par des émissions atmosphériques plus importantes. Quelle que soit l’explosivité d’une éruption du Grímsvötn, les équilibres clinopyroxène-liquide (verre matriciel ou MI) ont enregistré la même profondeur de cristallisation : ~15 km. Ceci suggère que la chambre magmatique superficielle du système magmatique du Grímsvötn puisse agir comme un réservoir dans lequel le gaz exsolvé d’un magma plus profond est stocké et accumulé entre les éruptions. La gamme de variabilité thermique des équilibres clinopyroxène-MI est plus restreinte pour les éruptions du 19ème siècle, ce qui suggère que le système magmatique du Grímsvötn était plus perméable en réponse à l’évènement volcano-tectonique du Laki (1783-84). La température moyenne des équilibres clinopyroxène-verre matriciel des quatre éruptions décroît avec le temps, suggérant que le système magmatique du Grímsvötn, dans son ensemble, est en cours de refroidissement. Les produits des Puys de La Vache-Lassolas ont enregistré une contribution magmatique plus profonde : vers 30 km. Les concentrations initiales en éléments volatils et leurs rapports sont plus proches de ceux des magmas d’arc que de tout autre contexte tectonique. Cette observation remet en question l’existence d’un point chaud sous la Chaîne des Puys. La contribution significative de magma d’origine profonde est en accord avec la cristallisation simultanée du clinopyroxène et de l’olivine. L’éruption des Puys de La Vache-Lassolas a émis 0,5 Tg de HF, 0,7 Tg de HCl et 7,3 Tg de SO2, illustrant le risque volcanique auquel est confrontée la population auvergnate. Afin de mieux contraindre les estimations pétrologiques de pression et température, une étude expérimentale au piston-cylindre a été réalisée. Elle porte sur la stabilité du clinopyroxène dans le magma tholéiitique de l’éruption 2014-15 d’Holuhraun (Islande). L’absence d’olivine dans la gamme de pression entre 0,5 et 1,0 GPa, associée à la présence de clinopyroxène indique que le clinopyroxène est la première phase au liquidus. Ceci confirme l’importance de la thermobarométrie clinopyroxène-liquide pour l’estimation des P et T de cristallisation des magmas tholéiitiques islandais. Les expériences au cours desquelles la pression a été diminuée de 1,0 à 0,5 GPa, puis maintenue constante, montrent que l’équilibre entre clinopyroxène et liquide n’est pas encore atteint après 24 heures à 0,5 GPa. Par conséquent, un temps de résidence de plusieurs jours à P et T constantes est nécessaire pour obtenir des estimations thermobarométriques fiables. / Explosive basaltic eruptions are rare compared to effusive ones and the underlying physical mechanisms are poorly understood. The goal of this thesis is to study the causes of basaltic magma explosivity by characterizing the volcanic products of the subplinian eruption of trachy-basalt at the Puys de La Vache-Lassolas complex (Chaîne des Puys, France) and of phreatomagmatic and sub-plinian eruptions of tholeiitic magma at Grímsvötn volcano (Iceland). Minerals, matrix glasses and melt inclusions (Mis) were analysed with an electron microprobe to estimate volatile concentrations (initial and final), and pressure (P) and temperature (T) of crystallization using clinopyroxene-liquid thermobarometry. In addition, an experimental study was performed to better understand the limitations of clinopyroxeneliquid thermobarometry at moderate pressures and during magma ascent. Four eruptions were studied at Grímsvötn: two phreatomagmatic (AD1823 and AD2004) and two subplinian (AD1873 and AD2011). The subplinian eruptions have volatile concentrations higher than the phreatomagmatic ones, together with more efficient gas exsolution, leading to significantly higher atmospheric mass loading. Regardless of the eruptive regime, clinopyroxene-liquid (matrix glass or MI) equilibria in Grímsvötn magmas record the same depth of crystallization, namely ~15 km. This suggests that the shallow magma chamber of Grímsvötn plumbing system may only act as a reservoir in which gas exsolved from deeper origin is stored and accumulates between eruptions. The lower variability of clinopyroxene-MI equilibrium T in the 19th century eruptions, suggests important Grímsvötn magma system permeability following the Laki volcano-tectonic event end of 18th century. Average matrix glass-clinopyroxene equilibrium T decreases with time suggesting that Grímsvötn magma plumbing system as a whole may be slowly cooling over the last two centuries. Puys de La Vache-Lassolas products record a deeper magma contribution, from approximately 30 km depth. Initial volatile concentrations and ratios of the ~8.6 ka eruption are closer to those of arc magmas than to magmas from any other tectonic settings. This observation calls into a question the Chaîne des Puys hotspot hypothesis. The significant contribution of deep-derived magma is coherent with the crystallization of clinopyroxene contemporaneously with olivine. The Puys de La Vache-Lassolas eruption carried 0.5 Tg of HF, 0.7 Tg of HCl and 7.3 Tg of SO2 into the atmosphere illustrating the volcanic hazard to the Auvergne population. In order to better constrain petrological P-T estimations, a piston-cylinder experimental study of clinopyroxene stability in a tholeiitic magma (Holuhraun 2014-15, Iceland) was undertaken. The absence of olivine in the pressure range 0.5-1 GPa and the presence of clinopyroxene indicate that clinopyroxene is the first phase at the liquidus, confirming the importance of clinopyroxene-liquid thermobarometers when estimating P and T of crystallization of Icelandic tholeiitic magmas. Experiments in which P was decreased from 1 to 0.5 GPa and then kept constant show that equilibrium between clinopyroxene and liquid is still not reached after 24 hours at 0.5 GPa. Thus a residence time of several days at constant P and T is required to obtain reliable thermobarometric estimates.