De nouvelles données structurales dans l'ouest de la Cordillère Bétique (Espagne) ont permis d'identifier deux couloirs décrochants, qui ont accommodés le mouvement progressif vers l'ouest du domaine Alboran, et les modes de déformations dans la croûte et le manteau (péridotites de Ronda) durant une phase d'amincissement lithosphérique intense. De nouvelles données géochronologiques précisent l'âge des stades de l'évolution tectonique de l'arc de Gibraltar : 'exhumation du manteau avant 22.5 Ma et le chevauchement vers l'ouest à partir de 20 Ma / The thesis focuses on the Western Betics, which is characterized by two major thrusts: 1/ the Internal/External Zone Boundary limits the internal metamorphic domain (Alboran Domain) from the fold-and-thrust belts inthe External Zone, and 2/ the Ronda Peridotites Thrust allows the juxtaposition of a hyperstretched lithosphere with large bodies of sub-continental mantle rocks on top of upper crustal rocks. First part: New structural data are presented and used to argue for two Lower Miocene E-W-trending strike-slip corridors played a major role in the deformation pattern of the Alboran Domain, in which E-W dextral strike-slip faults, N60°-trending thrusts and N140°-trending normal faults developed simultaneously during dextral strike-slip simple shear. The inferred continuous westward translation of the Alboran Domain is accommodated by a major E-W-trending lateral ramp (strike-slip) and a N60°-trending frontal thrust. At lithosphere-scale, we interpret the observed deformation pattern as the upper-plate expression of a lateral slab tear and of its westward propagation since Lower Miocene. The crustal emplacement of the Ronda Peridotites occurred at the onset of this westward motion. Second part: New structural data together with Ar-Ar ages serve to document the changes in deformation processes that accommodate the progressive necking of a continental lithosphere. We identify three main successive steps. First, a mid-crustal shear zone and a crust-mantle shear zone accommodate ductile crust thinning and ascent of the sub-continental mantle. The shear zones act synchronously but with opposite senses of shear, top-to-W and top-to-E respectively in the crust-mantle extensional shear zone, and at the brittle-ductiletransition in the crust. Second, hyper-stretching localizes in the neck, leading to an almost disappearance of the ductile crust and to crustal stretching values larger than 2000%, and bringing the upper crust into contact with the subcontinental mantle, each of them with theiralready acquired opposite senses of shear. Finally, high-angle normal faulting, dated by 40Ar-39Ar step-heating method on muscovite at ca. 21 Ma, cut through the Moho, where the ductile crust almost disappear and related block tilting ends the full exhumation of mantle in the zone of localized stretching. Third part: New geochronological data precisely constrain the transition from rifting to thrusting. Using U-Pb LA-ICP-MS dating, we identify two distinct episodes of crustal melting associated with two large-scale tectonic contacts that bound the Ronda Peridotites. The first episode of partial melting within the HT foliation at ca. 22.5 Ma is related to the extreme thinning of the continental crust and to mantle exhumation. The second episode of crustal melting at ca. 20 Ma, marked by leucocratic granite dikes, is related to the thrust emplacement of the section of thinned and hot continental lithosphere on top of crustal rocks.

Cette thèse présente une analyse structurale et thermique des marges passives crétacées inversées dans la Zone Nord Pyrénéenne (ZNP). L'application du paléothermomètre RSCM (spectrométrie Raman de la matière carbonée) sur plus de cent échantillons répartis à travers la ZNP permet de préciser l'évolution thermique de la déchirure continentale. Un métamorphisme de haute température (450 à >600°C) se développe particulièrement au droit de zones ou la croûte continentale est extrêmement amincie voire éliminée. Les sédiments pré- et syn-rift sont marqués par une intense déformation ductile. L'analyse à l'EBSD des fabriques minérales indique une déformation de Haute-température contemporaine du métamorphisme HT-BP. Les conditions de mise en place crustale des péridotites et leur exhumation localisée sont examinées dans les localités d'Urdach, Saraillé-Tos de la Coustette, Moncaup, Lherz, Caussou-Bestiac et Salvezines. Les résultats indiquent un boudinage de la croûte continentale au cours du processus de rifting. Des décollements de couverture, principalement localisés dans les évaporites triasiques conduisent à la superposition directe des sédiments pré-rift sur le manteau exhumé. La notion nouvelle de soutirage crustal est introduite pour désigner ce processus dans lequel l'écoulement gravitaire ne joue pas un rôle principal. La caractérisation sédimentologique, pétrographique et isotopique (O et C) des différentes formations de brèches et ophicalcites observées à proximité des corps de péridotites permet de reconstituer les étapes de l'exhumation du manteau en pied de marge. Enfin de nouvelles datations permettent de mieux contraindre le calendrier des évènements successifs.

Le manteau lithosphérique subcontinental est exhumé au pied des marges passives distales non-volcaniques en réponse à l’amincissement extrême de la croûte continentale. Ce processus d’amincissement peut être étudié à pied sec sur les témoins de la paléo-marge passive nord Ibérique affleurant aujourd’hui au nord de la chaîne des Pyrénées dans les Chaînons Béarnais (Zone Nord-Pyrénéenne : ZNP). La ZNP résulte de l’inversion de bassins ouverts entre les plaques Ibérique et Europe pendant l’Albo-Cénomanien. Dans les Chaînons Béarnais, la couverture mésozoïque pré-rift est intimement associée aux roches du manteau subcontinental et à de fines lentilles tectoniques de croûte continentale. L’hyper amincissement crustal s’est déroulé dans des conditions thermiques relativement chaudes, comme le montrent les déformations ductiles syn-métamorphiques crétacées affectant la croûte continentale et la couverture mésozoïque allochtone, localement en contact tectonique sur le manteau exhumé. Dans cette thèse, nous présentons des données structurales et géochimiques apportant de nouvelles contraintes pour la connaissance du processus d’amincissement extrême de la croûte continentale et pour la reconstruction de l’évolution de la paléo-marge nord-Ibérique. La couverture pré-rift a été désolidarisée de son socle paléozoïque au niveau des évaporites du Keuper et mise en contact direct avec le manteau pendant son exhumation dans le fond des bassins. Le détachement croûte/manteau est une discontinuité majeure caractérisée par des bandes de cisaillements anastomosées définissant une fabrique lenticulaire (« phacoidal fabric ») d’épaisseur pluri-métrique au sommet du manteau serpentinisé. La croûte continentale se réduit à de minces écailles elles-mêmes anastomosées, séparée par des bandes de cisaillement dans le faciès schistes verts et évoluant vers des cataclasites plus froides. Les analyses par spectrométrie Raman sur la matière carbonée (RSCM) montrent que l’ensemble de la couverture mésozoïque a été soumis à des températures maximales comprises entre 200°C et 480°C. Elle est sujette à d’intenses circulations de fluides. Les interactions fluides/roches ont eu lieu lors de tous les stades de l’extension, depuis les contextes profonds durant la déformation ductile, jusqu’au domaine superficiel durant la déformation cassante. Le détachement manteau/Mésozoïque est marqué par une couche de roches métasomatiques, riches en talc, chlorite et pyrite, mises en place dans les conditions du faciès schistes verts, impliquant en partie des fluides issus de la serpentinisation du manteau. De plus, la géochimie isotopique (O, C, Sr) et les inclusions fluides présentes dans des veines de carbonates des sédiments mésozoïques, témoignent d’une circulation de saumures chaudes (~200°C), à travers toute la couverture sédimentaire pendant l’exhumation du manteau. Ces saumures sont issues de la dissolution des évaporites du Keuper, très rarement conservées dans les Chaînons Béarnais. Nous développons un modèle conceptuel basé sur la géologie des Chaînons Béarnais dans lequel la croûte continentale moyenne est déformée ductilement. Le fonctionnement de détachements contre-régionaux (à pendage vers le continent) est associé à l’individualisation de fines lentilles tectoniques de croûte continentale moyenne qui sont extraites et exhumées avec le manteau dans le fond des bassins albo-cénomaniens, laissant en arrière la croûte continentale supérieure et inférieure. Ces lentilles crustales collées au manteau forment alors une large zone de croûte extrêmement amincie. Des fenêtres ouvertes au sein de cette mince pellicule crustale permettent au manteau de venir en contact direct avec les sédiments pré-rifts (Saraillé, Turon de la Técouère). Des ouvertures au sein de la couverture pré-rift permettent au manteau de venir directement à l’affleurement (Urdach-Les Pernes). / Sub-continental lithospheric mantle rocks are exhumed at the foot of magma-poor distal passive margins as a response to extreme stretching of the continental crust. Remnants of the Northern Iberian paleo-passive margin are now exposed in the Northern Pyrenees in the Chaînons Béarnais (North Pyrenean Zone: NPZ) and represent field analogues to study the processes of continental crust thinning and subcontinental mantle exhumation. The NPZ results from the inversion of basins opened between the Iberia and Europa plates during Albo-Cenomanian times. In the Chaînons Béarnais ranges the pre-rift Mesozoic sedimentary cover is associated with peridotite bodies in tectonic contact with small size Paleozoic basement lenses. Continental extension developed under hot thermal conditions, as demonstrated by the syn-metamorphic Cretaceous ductile deformation affecting both the crustal basement and the allochtonous Mesozoic cover locally in direct contact with exhumed mantle rocks. In this study, we present structural and geochemical data providing new constraints to the knowledge of extreme crustal thinning processes and to reconstruct the evolution of the northern Iberia paleo-margin. The pre-rift cover was detached from its Paleozoic bedrock at the Keuper evaporites level and was welded to mantle rocks during their exhumation in the bottom of the basins. The crust/mantle detachment fault is a major shear zone characterized by anastomosed shear bands defining a plurimetric phacoidal fabric at the top of the serpentinized mantle. Raman Spectroscopy on Carbonaceous Materials (RSCM), performed on the Mesozoic cover reveals that the entire sedimentary pile underwent temperatures ranging between 200°C and 480°C. This sedimentary pile displays numerous evidence of infiltration by geological fluids. The fluid/rock interactions went on during the entire extensional events, since early deep phases characterized by ductile deformation, to late shallower stages characterized by brittle deformation. The detachment is marked by a layer of metasomatic rocks, locally up to 20 meters thick, made of talc-chlorite-pyrite-rich rocks that developed under greenschist facies conditions, including fluids derived from mantle rocks serpentinisation. Moreover, isotopes geochemistry (O, C, Sr) and microthermometry/Raman spectrometry of fluid inclusions in a network of calcitic veins (with quartz locally) in the overlying sediments reveal moderate temperatures (~220°C) brines circulation through the whole sedimentary cover during mantle exhumation. These brines likely derived from the dissolution of the local Triassic evaporites, rarely preserved in the Chaînons Béarnais. We developed a conceptual model based on geological evidence from the Chaînons Béarnais. Implying ductile deformation of the middle crust. Counter-regional detachments (dipping toward the continent) are associated to the individualization of mid-crustal thin tectonic lenses which remain welded on the mantle rocks and are exhumed at the floor of the Albian-Cenomanian basins, leaving behind the upper and the lower crust. These crustal lenses welded on mantle rocks then form a large zone of extremely thinned continental crust. Breaking points in this thin crustal sheet allow mantle rocks to come in direct contact with the pre-rift sediments (Saraillé, Turon de la Técouère). Breaking points in the pre-rift cover allow mantle rocks to be completely exhumed to the seafloor (Urdach-Les Pernes).