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The Western Gneiss Region (WGR) in Norway is home to some of the world’s most spectacular exposures of high pressure (HP) and ultrahigh pressure (UHP) eclogites. Despite extensive petrological studies into their pressure, temperature and time (PTt) histories, relatively few have reported on their trace element compositions. Such data can be used to supplement our understanding of the provenance and history of Norwegian eclogites, as well as to further our understanding of trace element fluxes during HP to UHP metamorphism in subduction zone settings. In order to address this shortfall in data availability, the first step was to investigate and apply the best dissolution techniques for preparing eclogite samples for chemical analysis. Eclogites commonly contain up to a few weight percent rutile (TiO2), which is known to be an important host for a variety of major and trace elements (e.g. Ti, Nb and Ta). However, typical rock digestion procedures are incapable of dissolving rutile, and thus may lead to inaccurate measurements. It was found that that total dissolution of rutile can be achieved by dissolving samples in sealed pressure vessels at increased pressures and temperatures, ultimately leading to greatly increased data accuracy for analyses of any rutile-bearing lithology. The solutions were analysed by standard ICP-MS techniques and the results compared to analyses of powders by XRF spectrometry. Our high-accuracy and high-precision data were subjected to immobile trace element discriminant analyses that suggested eclogites belonged to three broad geochemical groups: eclogites with mid ocean ridge Basalt (MORB)-like composition; eclogites with arc-like composition; and eclogites with geochemical signatures significantly perturbed by metamorphism. The geochemistry of eclogites in the first two groups are shown to likely reflect protolith composition, and as such we used model protolith compositions to calculate estimated element mobilities (EMMs) for those elements considered relatively mobile during metamorphism. It was not possible to determine protoliths for eclogites in the third category using trace elements alone. Finally, the trace element geochemistry of a large number of separated eclogite-hosted rutiles was studied. The data collected were used to demonstrate that rutile contains significant amounts of the whole-rock’s high field strength element (HFSE) budget, and may exert significant control on the HFSE composition of passing hydrothermal fluids. Furthermore, Zr-in-rutile thermometry (ZRT) was applied to separated rutiles. This temperature information was used to better our understanding of the thermal history of the WGR, as well as to create a map of eclogite temperatures in the Nordfjord-Statlandet area. This high-resolution thermal map of arguably the most important area of the WGR, supports current interpretations that during the Caledonian Orogeny the leading edge of the Baltica plate was consumed in a northwest to north-northwest-dipping subduction zone under Laurentia. Furthermore, isotherms on this map mimic several major fold hinges in the region rather well, thus providing support to the hypothesis that such structures were most likely formed during the collapse of the Scandinavian Caledonian Orogen after the peak metamorphism of most eclogites.

For over 100 years eclogites have played a vital role in the development of partial melting models, crustal-mantle systems and geodynamic models involving subduction/recycling processes. However their origin remains controversial from one involving subducted basaltic protoliths to polybaric fractionates of basaltic melts with the added complexity of post-formational metamorphic processes. This thesis presents new chemical data on eclogite and pyroxenite samples from varied geological settings: a classic craton [Kaapvaal Craton (e.g., Roberts Victor, Kimberley and Bultfontein pipes)], circum-cratonic localities (Chino Valley – USA) and oceanic environments (Malaita, New Zealand and Hawaii). Apart from petrographic data, mineral chemistry has been constrained using the electron microprobe and laser ablation ICP-MS for major, minor and trace element data, laser ablation for oxygen isotope data and ICP-MS and TIMS for radiogenic isotopes (Sm-Nd, Lu-Hf and Sr). Garnet pyroxenites have normalised trace element patterns and O isotopes consistent with derivation from silicate melts or by reaction between melts and peridotite. On-craton eclogites and garnet clinopyroxenites have normalised trace element patterns and heterogeneous O isotopes indicative of lower temperature processes either as (a) a “basaltic” protolith altered at low temperatures and subducted to form eclogite or (b) an eclogite retrograded to garnet pyroxenite pre- or syn-entrainment. Modeling of Hf-Nd-Sr isotopes indicates that the Kaapvaal eclogites were derived from Archean protoliths whose isotopic signatures have been disturbed by extensive metasomatism. Four aspects of the thesis are noteworthy: (1) the extreme Hf-Nd-Sr heterogeneity shown by eclogites and pyroxenites relative to MORB and OIB, (2) the heavy O isotope ratios for on- and off-craton samples from Chino Valley and Lovedale, (3) the unique Archean (3.15 Ga) low Hf, Nd and Sr reservoir represented by a Roberts Victor eclogite, and (4) the Lu-Hf system is more robust than the Sm-Nd system.

Cette étude est basée sur la collection la plus complète d'éclogites cratoniques (> 180 nodules), provenant des cratons sibériens et sud-africains.Les éclogites non-métasomatisés de type IIA sont plus magnésiennes, enrichis en LREE, avec des valeurs de δ18O, de 3,7-7,5 ‰, des anomalies positives en Sr et correspondant à une couche à basse pression-température (PT). La composition de la roche totale est un protolithe basaltique. Les éclogites de type IIB sont plus sodiques et alumineux, appauvris en terres rares, avec des valeurs de δ18O de 2,3-3,6 ‰, correspondant à l'équilibre à haute PT. La composition de la roche totale correspond au protolithe pyroxénitique. Les éclogites à coésite, disthène ou corindon ont des clinopyroxènes riches en jadéite, avec des anomalies positives en Eu et Sr et des grenats riches en grossulaire, avec des anomalies positive en Eu et négatives en Sr. Les estimations de PT indiquent que les éclogites à co-ky-cor ont été équilibrées dans la partie la plus basse de la quille cratonique et la composition de la roche totale correspondant à un protolithe gabbroïque très appauvri, cohérente avec la subduction d'une séquence basaltique à websteritique d'une croûte océanique altérée, appauvrie en éléments incompatibles.L'estimation minimum d'eau dans l'omphacite d'Obnazhennaya est de ~930-1410 ppm d'H20 et pour la roche totale de ~310-890 ppm H2O, significativement supérieures aux péridotites environnantes. Ainsi, les éclogites du manteau peuvent être un important réservoir d'eau à la base de la racine cratonique, avec des conséquences majeures pour la longévité de la quille cratonique, la rhéologie du manteau et pour le cycle global de l'eau. / This study is based on the most complete existing collection of cratonic eclogites (> 180 nodules), from the Siberian and South African cratons. Non-metasomatized Type IIA eclogites are typically more magnesian, LREE-enriched, with δ18O values of 3.7-7.5 ‰, positive Sr anomalies and corresponding to a low pressure-temperature (PT) layer. The whole-rock composition is consistent with a basaltic protolith. Type IIB eclogites are morsodic and aluminous, LREE-depleted, with δ18O values of 2.3-3.6‰, corresponding to equilibrium at high-PT. The whole-rock trace element composition is consistent with a pyroxenitic protolith. Coesite, kyanite and corundum-bearing eclogites ypically have jadeite-rich clinopyroxenes witlpositive Eu and Sr anomalies and grossular-rich gamets with corresponding positive Eu and negative Sr anomalies. PT-estimates indicate coe-kycor-bearing eclogites equilibrated in the lowermost part of the cratonic keel and reconstructed whole-rock trace element composition corresponds to a very depleted gabbroic protolith. This is consistent with the subduction of a hydrothermally altered, basaltic to websteritic sequence of an incompatible-element-depleted oceanic crust.Calculated water content of omphacite is a minmum estima te of ~930-1410 ppm by weight H2O and reconstructed estimates for whole-rock watercontent ~310-890 ppm HO) for the Obnazhennaya eclogites are significantly higher than those of the surrounding peridotites. Thus, mantle eclogite may be an important water reservoir at the base of the cratonic root, with major consequences for cratonic keel, longevity mantle rheology and global water cvcle

Le domaine valaisan dessine la suture majeure qui marque la limite entre les zones internes et externes des Alpes occidentales et dont l'interprétation géodynamique était controversée. Cette suture est constituée d'une série de flysch (le flysch valaisan) et d'un complexe magmatique et sédimentaire (le complexe du Versoyen). Suivant les auteurs, les roches magmatiques d'affinité tholéïtique pourraient représenter: 1) une klippe d'origine piémontaise (suture d'hyper-collision), 2) une écaille ophiolitique située au front d'un prisme d'accrétion (suture océanique), 3) un complexe magmatique lié à un amincissement crustal (inversion structurale). Le but de ce travail était de trouver des arguments qui permettaient de résoudre cette controverse. Ainsi les résultats de ce travail montrent que : - Dans la région du col du Petit-Saint-Bernard (frontière franco-italienne), certaines tholéïtes sont recoupées par des filons leucocrates qui correspondent à des liquides différenciés, cogénétiques du magmatisme. Les datations UlPb sur les zircons contenus dans l'un de ces filons indiquent un âge Carbonifère supérieur- Permien inférieur pour le magmatisme du Versoyen. - Ce magmatisme présente des caractères géochimiques et isotopiques, intermédiaires entre ceux des N-MORB et des T-MORB, dans les régions du col du Petit-Saint-Bernard et de Visp (Suisse). Ces tholéïtes dériveraient de la fusion partielle d'un manteau appauvri (de type N-MORB), avec probablement la participation d'une source enrichie (de type OIB), ce qui est en accord avec une mise en place dans un domaine en cours d'océanisation. - Le complexe du Versoyen est affecté par un métamorphisme polyphasé éclogitique, puis schiste bleu et enfin schiste vert. La paragénèse éclogitique correspond à des conditions de Haute-Pression et Basse-Température (P > 13Kb, 425 < T < 475°C) qui traduisent un enfouissement à grande profondeur, lié à une subduction. Les datations Ar/Ar réalisées sur les phengites donnent des âges de refroidissement proches de 33 Ma et permettent d'établir le chemin P-T-t de ce complexe au cours de l'exhumation des éclogites. - Le complexe du Versoyen est affecté par une déformation syn-schiste vert qui correspond à un jeu normal vers le SE. La comparaison entre les données de terrain et les données sismiques ECORS suggère que les failles normales se prolongent en profondeur et s'applatissent vers 10-15 km. Cette déformation postérieure à 38 Ma explique en partie l'exhumation des éclogites. Ce jeu normal est contemporain de chevauchements dans la zone externe et pourrait accommoder un réamincissement crustal au cours de la collision alpine. Ces données montrent que l'individualisation du substratum du domaine valaisan est liée au cycle hercynien et que ses relations complexes avec le flysch sus-jacent sont liées à une inversion structurale anté-flysch, alors que son évolution tectono-métamorphique est controlée par une extension succèdant aux phases compressives.

Cette thèse a pour objet l'étude de la structure , de la déformgtion et de l'histoire P-T alpines de l'unité pennique du Grand Paradis (Alpes occidentales), qui représente sur la transversale du Val d'Aoste la partie distale de la paléomarge européenne. La premlere pgrtie est consacrée à l'analyse de la structure et de la déformation des unités penniques de la région de Cogne (Val d'Aoste, Italie). La structure générale des zones internes des Alpes N-occidentales est rappelée et réexaminée. Cette discussion montre l'existence de deux unités indépendantes au sein de la "Nappe de la Dent-Blanche" et permet de préciser l'empilement initial des nappes (de bas en haut : Nappe du Grand Paradis-Mont Rose, unités océaniques de la Zone de Zermatt, Nappe de l ' Emil i us) . ' La str uc tu r e et l a dé form ati on des de ux uni t és basal es de ce t empi l ement sont ens uite détaillées. Après avoir décrit la constitution lithologique et l a structure antéalpine de ces unités, la géométrie de l'empilement de nappes est r appelée : les unités océaniques chevauchent l'unité du Grand Paradis , e lle - me~e c harriée sur l'Unité du Money, à affinité brançonnaise. La déformation est caractérisée, en particulier dans l'unité du Gra nd Paradis , par son hétérogénéité. Dans les deux unités, la déformation majeure , intense et non-coaxiale a lieu en conditions rétromorphiques (faciès dmphibolite à albite-épidote soit environ 500°C, 6-8 kbar) : elle est associée à l a construction de l'empilement de nappes, c'est-à-dire à un déplacement de ces un i t és d'E en W selon une direction N 90-100. L'histoire P-T de l'Unité du Grand Paradis est établie dans la deu xi ème partie où sont décrites les métabasites éclogitiques . protolithes des la distinction gl obale, les Après avoir rappelé le contexte structural et la nature des éclogites, les observations texturales et minéralogiques permettent de trois types d'éclogites : celles-ci diffèrent par leur composition paragenèses récentes et leur histoire réactionnelle. Sur ces bases, il est possible d'établir l'évolution des conditions P- T à laquelle ces roches ont été soumises: cette histoire P-T est e ssentiellement caractérisée par une décompression isotherme, les assemblages éclogit iques ayant cristallisé aux environs de 500°C, 12-16 kbar. Une approche du comportement de la phase fluide lors des processus réactionnels est enfin tentée : la préservation des paragenèses éclogitiques au coeur des lentilles basiques s'explique par la répartition spatiale et temporelle des processus de tamponnage/infiltr ation. Ces données structurales et pétrologiques permettent en conclusi 8n une discussion de l'histoire de la collision dans les Alpes oc~identales (3ème partie); Cette discussion est menée sous la forme d'une comparaison des histoires tectonomét amorphiques des parties distales des aeux paléomarges européenne (Nappe du Grand Paradis) et austroalpine (Nappe ~e l'Emilius : micaschistes éclogitiques en Zone Sesia Lanzo). La confrontation de l'histoire tectonométamorphique de ces deux unités avec les données géochronologiques et les modèles thermiques montre que la collision alpine a eu lieu en deux étapes majeures la première, éoalpine, au Crétacé et la ' deuxième, alpine s.s., à la limite Eocène-Oligocène .

La Corse Alpine offre une section complète du prisme orogénique alpin où la plupart des équivalents des unités décrites dans les Alpes Occidentales peuvent être trouvés sur une section de 40 km. Les minéraux d'haute pression sont exceptionnellement bien préservés, particulièrement la lawsonite, offrant un accès unique à la compréhension de zones de subduction. La Corse alpine est formée par une pile complexe d’unités métamorphiques d'origine continentale et océanique. Ces unités ont été interprétées soit comme des mélanges tectoniques complexes formés pendant la subduction alpine, soit comme les parties plus continues de lithosphère continentale et-ou océanique. Les rares estimations de condition PT sur des larges régions de la chaîne résultent en plusieurs incertitudes dans l'identification des limites séparant les unités qui ont subi des évolutions tectono-métamorphiques différentes et, par conséquent, dans la définition d'une architecture complète de la chaîne. Les données de terrain, structurelles et métamorphiques obtenues dans cette étude aux différentes échelles suggèrent que la chaîne de la Corse alpine est caractérisée par une forte conservation de structures pré-alpin, de la micro-échelle à l'échelle de la chaîne, malgré la déformation intense associée avec le métamorphisme, qui a localement donné les conditions du facies éclogitique et lawsonite. En détail, seulement neuf domaines tectono-métamorphiques homogènes ont été identifiés. Ces terrains peuvent être attribué aux domaines paléogéographiques différents qui ont subi des évolutions tectono-métamorphiques différentes. Malgré ça, les données géochronologiques fournies pendant cette étude indiquent que la Corse alpine résulte d'une évolution complexe, étant caractérisée par la signature claire tant de la tectonique alpine Eocène, à 35 Ma, que de la tectonique apennine, à 25 Ma. Les résultats fournis dans cette thèse contribuent non seulement à la compréhension des processus de subduction et de formation de montagnes, mais donnent aussi des contraintes importantes pour déchiffrer les systèmes Tethys-Alpes et Alpes-Apennine. / Alpine Corsica offers a complete section through the Alpine orogenic wedge where most equivalent of the units described in the Western Alps may be found over a 40 km section. High-pressure mineral assemblages are exceptionally well preserved, especially lawsonite, offering a unique access to the understanding of deeply subducted terranes.Alpine Corsica consists of a complex stack of variably metamorphosed units of continental and Tethys-derived material. These units have been interpreted either as complex tectonic mixing formed during the Alpine subduction, or as more continuous portions of continental and/or oceanic lithosphere. The lack of detailed PT estimates over wide regions of the belt results in several uncertainties in identifying the boundaries separating units that experienced different tectono-metamorphic evolutions and, consequently, in the definition of an exhaustive architecture of the belt.Field, structural and metamorphic data collected in this study at different scales suggest that the Alpine Corsica belt is characterized by a high preservation of pre-Alpine sctructures, from the micro-scale up the scale of the belt, despite the intense deformation essociated with metamorphism, which locally reached lawsonite-eclogite metamorphism. In particular, only nine homogeneous tectono-metamorphic domains have been identified. These terranes can be referred to different paleogeographic domains that experienced different tectono-metamorphic evolutions.Despite that, geochronological data provided during this study indicate that Alpine Corsica results fro a complex polyphase evolution, being characterized by clear signature of both Alpine tectonics, at around 35 Ma, and Apennine tectonics, at around 25 Ma.Results provided in this paper contribute not only to the understanding of processes of subduction and mountain building, but also give important constraints for deciphering the Tethys-Alps and Alps-Apennine systems.

La circulation de matière et la signature sismique des zones de subduction sont fortement dépendantes despropriétés élastiques de deux grands types de minéraux hydratés : les serpentines (antigorite, lizardite etchrysotile) provenant de l'hydratation des minéraux du manteau et le glaucophane, minéral marqueur des schistesbleus et éclogites, faciès métamorphiques caractéristiques des zones de subduction. La détection de ces phasesest parfois difficile. Il est nécessaire de connaître leurs propriétés élastiques afin de mieux comprendre lesimages sismiques acquises. L'objectif de cette thèse est de mesurer et de calculer les propriétés élastiques deminéraux hydratés par la spectroscopie Brillouin (dans le cas de l'antigorite et du glaucophane) et par les calculsab initio (pour la lizardite). Caractériser au mieux ces propriétés permet de les relier à la sismicité dans les zonesde subduction et notamment aux zones de faibles vitesses détectées par diverses méthodes sismiques. Nosmesures ont été réalisées à l'ambiante pour l'antigorite et le glaucophane et à haute pression pour l'antigorite encellule à enclumes de diamants. Les mesures élastiques ont ensuite été couplées à des mesures d'orientationspréférentielles par Electron Back-Scattered Diffraction. Ceci a permis de quantifier l'anisotropie élevée(AVP=37% et AVS=50%) dans la roche totale ainsi que les vitesses sismiques faibles des ondes P et S. Nousavons pu ainsi relier le décalage des ondes S aux retards observés par sismique dans la zone de subduction deRyukyu (Japon). Les observations sismiques montrent que la serpentine est présente dans les zones où lasismicité est faible et apparaît non seulement comme un minéral essentiel des zones de subduction mais en pluscomme un "lubrifiant" permettant aux couches de glisser les unes sur les autres sans engendrer de séismes. Pourle glaucophane, les schistes bleus présentent une anisotropie plus élevée que les éclogites à glaucophane maisces roches sont toutefois difficiles à détecter avec la profondeur, du fait de leurs vitesses élevées comparables àcelles du manteau environnant. Nos calculs par méthode ab initio portent sur un analogue de l'antigorite, lalizardite pour laquelle nous avons établi les constantes élastiques à diverses pressions et en présence de fer ounon. Nous avons mis en évidence une anomalie élastique vers 5 GPa pour la lizardite et 7 GPa pour l'antigorite,que nous avons confirmée ensuite par des mesures de spectroscopies Brillouin et Raman à haute pression. / The flow of material and the seismic signature of subduction zones are highly dependent on the elastic propertiesof two major types of hydrated minerals: serpentines (antigorite, lizardite and chrysotile) produced by thehydration of mantle minerals and glaucophane, a marker of blueschists and eclogites, which are metamorphicfacies characteristic of subduction zones. Detection of these phases is sometime difficult. It is important to knowtheir elastic properties in order to better understand the seismic images. The goal of this work is to measure andcalculate the elastic properties of hydrated minerals by Brillouin spectroscopy (for antigorite and glaucophane)and ab initio calculations (for lizardite). The precise knowledge of such properties allows linking them to theseismicity in the subduction zones including areas of low velocities detected by various seismic methods. Ourmeasurements were performed at room conditions for antigorite and glaucophane and at high-pressure forantigorite in a diamond anvil cell. Elastic measurements were then coupled with measurements of latticepreferredorientations by Electron Back-Scattered Diffraction. This allowed quantifying the high anisotropy(AVP= 37% and AVS= 50%) in the whole rock and the low seismic velocities of P and S waves. We were able tolink it to the shear wave splitting observed by seismology in the Ryukyu arc (Japan). Seismic observations showthat serpentine is present in areas of low seismicity; it appears to be not only an essential mineral of thesubduction zones but also a “lubricant” allowing sliding layers to slip over each other without leading toearthquakes. For glaucophane, blueschists exhibit a higher anisotropy than glaucophane eclogites, but theserocks are difficult to detect at higher depth, because of their high velocities comparable to those of thesurrounding mantle. We performed ab initio calculations for a similar serpentine, the lizardite, for which weestablished the elastic constants at various pressures and in the presence of iron or not. We highlighted ananomaly around 5 GPa for lizardite and 7 GPa for antigorite, which was later confirmed by Brillouin and Ramanspectroscopies at high pressure.

Les éclogites témoignent, pour la plupart d'entre elles, de l'existence de lambeaux de paléocroûtes océaniques affectées par des conditions tectonométamorphiques très intenses. Ces roches représentent généralement les premiers épisodes de la formation des chaînes de montagne, avant les phénomènes de collision continentale. L'étude géochronologique et géochimique des éclogites est fondamentale car elle apporte d'une part de nombreuses contraintes à la géologie des massifs cristallins étudiés, et permet d'autre part de caractériser le comportement des systèmes isotopiques \ lors d'un métamorphisme de haute grade. - L'ensemble des résultats géochimiques et isotopiques montre que la maiorité des * protolithes des éclogites étudiées provenant du Massif Armoricain (Champtoceaux-Léon) et des massifs externes alpins (Aiguilles Rouges-Belledonne- Argentera) sont comparables aux basaltes de rides' médio-océaniques actuels. - L'étude géochronologique U-Pb sur zircons a révélé une large gamme d'âges de magr:natisme initial de ces métabasites. Les résultats sont divisés - en d eux groupes : les âges précambriens et les âges paléozoiques. Un modèle de faible contamination, ion géochronoches qui propose qu'une très faible contribution crustale introduise une informat logique erronnée sans perturber les caractères géochimiques des roches étudiées, permet d'interpréter la diversité des âges précambriens obtenus. Dans les deux domaines étudiés, le magmatisme océanique d'âge paléozoique a été daté en deux époques distinctes :460-500 Ma et 350-380 Ma. - Le métamorphisme éclogitique est lui -même constitué de plusieurs époques : (1) précoce : 480 Ma, (2) majeur 400-440 Ma et (3) tardif à 350-370 Ma. Ceci permet de proposer la fermeture de plusieurs domaines océaniques et une évolution non-synchrone de l'ensemble de la chaîne Hercynienne. - Dans la chaîne Alpine, les âges obtenus par U-Pb * sur zircons 286 Ma (magmatisme) pour le métagranite éclogitique du Mont Mucrone et 117 Ma (métamorphi ~ me) sur une métaquartzite éclogitique du massif de Dora-Maïra permettent de corréler les âges obtenus avec les conditions P-T du métamorphisme le système U-Pb du granite n'a pas été modifié par le métamorphisme PH-BT, au contraire l'événement HP-HT a été enregistré par les zircons d'un sédiment.