Les dorsales océaniques sont caractérisées par une sismicité de faible magnitude, induite par une succession d’épisodes volcaniques et tectoniques. Le déploiement de réseaux d’hydrophones autonomes le long de grandes sections de dorsales permet d’enregistrer cette sismicité peu détectable par les stations terrestres. Dans l’océan Atlantique Nord, de nombreuses expériences hydroacoustiques ont été conduites depuis 1999, donnant accès à des séries d’observations temporelles sur plusieurs années. La présente thèse s’inscrit dans ce contexte, avec l’acquisition et le traitement de nouvelles données. L’analyse de catalogues télésismiques et hydroacoustiques, couplés à des données bathymétriques et gravimétriques, a contribué à la caractérisation des processus d’accrétion actifs le long de la dorsale médio-Atlantique Nord. Les travaux réalisés lors de cette thèse ont permis de : (1) rechercher des paramètres responsables d’une différence de sismicité entre des groupes de segments de la dorsale médio-Atlantique ; (2) proposer une nouvelle limite sud d’influence du point chaud des Açores ; (3) identifier et caractériser différents types de processus d’accrétion à partir de la recherche de crises sismiques ; (4) mettre en évidence une crise magmatique de grande ampleur et une intrusion magmatique à travers une discontinuité non-transformante ; et (5) proposer un schéma de répartition des processus d’accrétion dominants le long de l’axe de la dorsale médio-Atlantique Nord, à partir d’une analyse spatiotemporelle de la sismicité. L’ensemble de ces résultats montre l’importance des catalogues de sismicité à grande étendue spatiale et temporelle pour approfondir notre connaissance : sur la dynamique des segments de dorsale et les interactions entre l’axe de la dorsale et le point chaud, et d’autre part, sur la récurrence des processus d’accrétion. / The mid-ocean ridge is caracterised by a seismicity of low magnitude generated by multiple volcanic and tectonic episodes. Autonomous hydrophones arrays along large ridge sections are efficient to record low seismicity contrary to landbased stations. In the northern Atlantic Ocean, several hydroacoustic experiments have been realised since 1999 that supply long term records.This thesis is based on the acquisition and the treatment of new data. The analysis of teleseismic and hydroacoustic catalogues combined with bathymetric and gravimetric data, have contributed to the characterisation of accretionary processes along the northern Mid-Atlantic Ridge. This PhD work allowed : (1) to research parameters responsable of a seismicity difference between groups of Mid-Atlantic Ridge segments; (2) to propose a new southern limit of the Azores hotspot influence ; (3) to identify and define different types of seafloor spreading processes based on seismic crisis interpretations ; (4) to highlight a large magmatic crisis and a magmatic intrusion across a non-transform discontinuity ; and (5) to propose dominant seafloor spreading processes from a spatio-temporal seismicity analysis along the northern Mid-Atlantic Ridge. The entire study shows the value of large spatial and temporal seismicity catalogues to broaden our knowledge on : the dynamic of the ridge segments, the interactions between the ridge axis and the hotspot and the recurrence of the seafloor spreading processes.

L'influence de la présence de liquide sur les propriétés sismiques des systèmes partiellement fondus, ici les chambres magmatiques des dorsales océaniques et les panaches mantelliques, est mal contrainte. Cette étude apporte de nouvelles observations sismologiques sur l'anisotropie sismique sous la Polynésie française et les Galápagos. Les mesures du déphasage des ondes SKS et l'analyse de la polarisation des ondes P en Polynésie française montrent la participation de deux contributions: asthénosphérique et lithosphérique. La présence de liquide dans le manteau supérieur sous l'archipel des Galápagos pourrait se traduire par une absence d'anisotropie au centre de l'archipel. Les mesures d'atténuation des ondes ScS multiples confirment l'existence d'une zone plus atténuée au niveau de la Polynésie française que dans le reste du Pacifique sud. En outre, des mesures d'atténuation ont été réalisées dans des gabbronorites partiellement fondues aux fréquences sismiques, entre 500 et 1200°C. Au-dessus de la température de fusion, l'atténuation augmente significativement avec une dépendance plus forte à la fréquence. Il est montré que le mécanisme d'atténuation associé à l'écoulement localisé de liquide pourrait se superposer à un mécanisme d'atténuation associé à une diffusion au niveau des joints de grains. D'autre part, de nouvelles mesures expérimentales de la viscosité de deux silicates basaltiques et d'un silicate andésitique ont été effectuées. Des lois expérimentales de fluage décrivant les variations de viscosité dans une large gamme de températures sont proposées, ainsi que les paramètres thermodynamiques des échantillons analysés.

L’objectif de cette thèse est de comprendre (1) si l’exhumation des roches mantelliques aux dorsales océaniques est compatible avec l’enregistrement des inversions de polarité du champ magnétique terrestre, (2) quels sont les processus associés aux anomalies magnétiques observées à l’aplomb des transitions océan-continent et (3) quelles sont les conséquences de ces processus sur les mécanismes de l’océanisation. Afin de travailler avec des données de résolution maximum, une méthode de calibration et d’interprétation des données magnétiques acquises proches du fond est développée dans le premier chapitre. Dans le deuxième chapitre, cette méthode est appliquée aux données magnétiques acquises à l’aplomb des domaines de manteau exhumé de la dorsale Sud-Ouest Indienne (SWIR). Il est ensuite montré que l’exhumation des roches mantelliques est associée à un signal magnétique de faible amplitude et de faible continuité spatiale rendant impossible l’identification des anomalies magnétiques d’accrétion océanique. De fait, il est proposé que contrairement aux basaltes, les roches mantelliques exhumées de la SWIR ne portent pas une aimantation rémanente suffisamment stable pour fossiliser la direction du champ magnétique terrestre. Dans le dernier chapitre, il est démontré que l’anomalie « J », antérieurement interprétée comme la première isochrone associée à la partie distale des marges Ibérie/Terre-Neuve, est en fait identifiée à l’aplomb d’une structure crustale particulière caractérisée par un haut topographique et un épaississement crustal. Par conséquent, il est proposé qu’un évènement magmatique majeur est à l’origine de la création de cette structure crustale et que cet événement est le déclencheur de la mise en place de la première dorsale océanique. / The aim of this work is to constrain (1) whether exhumation of mantle rocks at mid oceanic ridges is compatible with the record of polarity reversals of the Earth magnetic field, (2) what is the origin and the processes responsible for the magnetic anomalies observed at magma-poor rifted margins and (3) what are the consequences of these processes on continental breakup. In a first part, in order to work with high-resolution data, we develop a method for calibration and interpretation of deep-tow three component magnetic data. In a second part, we apply these methods to the data acquired above the large exhumed mantle domains of the ultraslow-spreading Southwest Indian Ridge. We show that, in these areas, neither the magnetic properties of the dredge samples nor the deep-tow magnetic data are consistent with the seafloor-spreading magnetic pattern commonly observed at mid oceanic ridges. We further suggest that in contrast to mid oceanic ridges basalts the exhumed serpentinized mantle rocks do not carry a sufficiently stable remanant magnetization to produce marine magnetic anomalies. In the last part, we show that the “J” anomaly, previously interpreted as the first seafloor-spreading anomaly of the Iberia and Newfoundland passive margins, is associated with locally high topography and thickened crust. We propose that this peculiar crustal structure results from voluminous magma both erupted at the surface and added beneath the exhumed mantle domain. We therefore propose that the J anomaly did not form during seafloor spreading but instead represents a pulse of magmatism that have triggered continental breakup.

L'objectif de cette thèse est de comprendre (1) si l'exhumation des roches mantelliques aux dorsales océaniques est compatible avec l'enregistrement des inversions de polarité du champ magnétique terrestre, (2) quels sont les processus associés aux anomalies magnétiques observées à l'aplomb des transitions océan-continent et (3) quelles sont les conséquences de ces processus sur les mécanismes de l'océanisation. Afin de travailler avec des données de résolution maximum, une méthode de calibration et d'interprétation des données magnétiques acquises proches du fond est développée dans le premier chapitre. Dans le deuxième chapitre, cette méthode est appliquée aux données magnétiques acquises à l'aplomb des domaines de manteau exhumé de la dorsale Sud-Ouest Indienne (SWIR). Il est ensuite montré que l'exhumation des roches mantelliques est associée à un signal magnétique de faible amplitude et de faible continuité spatiale rendant impossible l'identification des anomalies magnétiques d'accrétion océanique. De fait, il est proposé que contrairement aux basaltes, les roches mantelliques exhumées de la SWIR ne portent pas une aimantation rémanente suffisamment stable pour fossiliser la direction du champ magnétique terrestre. Dans le dernier chapitre, il est démontré que l'anomalie " J ", antérieurement interprétée comme la première isochrone associée à la partie distale des marges Ibérie/Terre-Neuve, est en fait identifiée à l'aplomb d'une structure crustale particulière caractérisée par un haut topographique et un épaississement crustal. Par conséquent, il est proposé qu'un évènement magmatique majeur est à l'origine de la création de cette structure crustale et que cet événement est le déclencheur de la mise en place de la première dorsale océanique.

Afin de préciser l'origine des volatils terrestres et les flux actuels et passés vers l’atmosphère, de nombreuses études s’intéressent à la composition du manteau. Ce réservoir est échantillonné naturellement lors des éruptions volcaniques, mais une grande partie des gaz est alors émise dans l'atmosphère, de sorte que la composition des volatils du manteau reste peu contrainte. Nous cherchons à préciser les mécanismes de dégazage sous les dorsales océaniques afin de corriger ces fractionnements. L'analyse (He-Ne-Ar-CO2) de verres basaltiques issus de la dorsale des Galápagos, dans la zone d'influence du point chaud des Galápagos, montre que la composition en volatils des laves s'explique par distillation de Rayleigh d'une source unique. Cette source est distincte de celle du point chaud (isotopes du néon), impliquant un dégazage en profondeur du panache ou une hétérogénéité spatiale de sa composition.Plusieurs verres volcaniques issus de la dorsale Atlantique et Est Pacifique ont été imagés par micro-tomographie aux rayons X. L'étude met en évidence des mécanismes de nucléation et de croissance des bulles différents sous les deux dorsales. De la convection en périphérie de la chambre magmatique avant l’éruption a été mise en évidence par l’étude pétrologique des verres. Les vésicules imagées ont ensuite été ouvertes individuellement sous vide par ablation laser et analysées (CO2, 4He, isotopes de l'argon). La composition des bulles est hétérogène dans certains échantillons et compatible avec une distillation de Rayleigh. Les tendances de dégazage obtenues permettent d'obtenir localement la composition de la source mantellique, qui est hétérogène.L'étude permet également d'appréhender l'hétérogénéité des rapports 40Ar/36Ar dans les chambres magmatiques par la technique d’ablation laser qui diminue la contamination atmosphérique par rapport à la technique classique de broyage / The composition of mantle volatiles is related to the origin of Earth's volatiles and to the past and present volatile fluxes to the atmosphere. Although this reservoir is naturally sampled during volcanic eruptions, most of the volatiles are lost to the atmosphere during this event, thus the composition of mantle volatiles is still uncertain. We try here to precise the processes of degassing below mid-oceanic ridges to correct the lava compositions for degassing.The He-Ne-Ar-CO2 analyses of basaltic glasses sampled along the Galapagos Spreading Center, in the area of influence of the Galapagos hotspot, show that the volatile composition of lavas is fully explained by a Rayleigh distillation of a unique source distinct from the plume source. These results imply that the plume degasses at depth or is heterogeneous.Several volcanic glasses from Mid-Atlantic ridge and East Pacific Rise have been imaged by X-rays microtomography. The mechanisms of vesicle nucleation and growth appear to be different below the two ridges. A step of convection at the magma body margin has been evidenced by the petrologic study of the glasses. Imaged vesicles have been subsequently opened under vacuum by laser ablation and analysed (CO2, 4He, argon isotopes). We observe, depending on the samples, either a single composition for all bubbles, or variations in composition between bubbles consistent with a trend of equilibrium degassing in an open system. The trends of degassing allow extrapolating locally to the volatile composition of the mantle source, which is heterogeneous. We also studied the heterogeneity of 40Ar/36Ar ratios in magmatic chambers using the laser opening method, which lowers the contribution of atmospheric gases compared to the classical crushing method