L'étude des relations entre microstructures et minéraux dans les roches métamorphiques permet d'établir une chronologie relative des déformations et des cristallisations. Le déroulement des événements géologiques successifs est repéré dans le temps principalement par la radiochronologie. Lorsque les structures et les minéraux de ces roches révèlent une histoire tectonique et métamorphique complexe, il est nécessaire de préciser quelle étape est enregistrée par les isotopes étudiés. Pour obtenir l'âge précis d'un événement mécanique ou thermique donné. il faut que les étapes antérieures soient oblitérées par cet événement et que la roche ou le minéral analysé n'aie pas été perturbé par des réajustements ultérieurs. Différentes approches de ce problème sont possibles à des échelles différentes et ont été tentées notamment dans les Alpes internes. 1 - La variation régionale des âges radiométriques a permis de distinguer diÏférentes aires cartographiques suivant l'âge de l'événement (en général thermique) qui y est prépondérant 2 - Dans une région affectée par plusieurs épisodes de déformation. on a sélectionné des échantillons où une seule génération de structures était bien développée ; les âges radiométriques obtenus se rapportent vraisemblablement à cet épisode tectono-métamorphique 3 - Dans une même roche à structure polyphasée, différentes espèces minérales ont été rapportées chacune à une étape distincte de l'évolution tectono-métamorphique, et ont été datées séparément Une quatrième approche est développée ici. Dans une même roche à structure polyphasée, différentes fractions d'une même espèce minérale (en l'occurence, des phengites) sont séparées après repérage de leur position par rapport aux générations successives de microstructures. Pour interpréter les résultats isotopiques obtenus, il est nécessaire. quelle que soit l'approche mise en oeuvre, de discuter les mécanismes de déformation et de transformation minérale qui président aux réajustements isotopiques . L'objectif de ce travail est ainsi de préciser le comportement microstructural et géochimique de ces phengites autant que de dater les déformations successives.

L’évolution progressive des conditions thermiques enregistrées dans les roches métamorphiques suggère que la géodynamique globale est passée d’un régime archéen peu mobile à la tectonique des plaques moderne telle que nous la connaissons. La présence de styles tectonométamorphiques contrastés au Paléoprotérozoïque implique que cette période est clé et transitoire, mais le moment de l’initiation de la transition, sa durée et son expression géologique sont encore largement débattus. Un des éléments de réponse se trouve dans la croûte moyenne à inférieure qui joue un rôle primordial lors de la collision continentale en stabilisant la masse orogénique en réponse au raccourcissement. La quantification du métamorphisme des séquences supracrustales de cet âge sert alors de base à la compréhension des processus accrétionnaires qui s’opèrent au cœur des orogènes en particulier d’âge paléoprotérozoïque, et permet à la fois de discuter du comportement des géochronomètres lors d’épisodes d’anatexie prolongés et d’investiguer la nature des terranes granulitiques. Une approche pétrochronologique quantitative est appliquée sur des séquences supracrustales de l’Orogène Trans-Hudson (OTH), combinant des observations de terrain, de la pétrographie optique, de la microcartographie élémentaire SEM-MLA et microXRF, de la géochimie des éléments majeurs et traces EPMA et LA-ICP-MS, de la modélisation d’équilibres de phases, et de la géochronologie Lu-Hf sur grenat et U-Pb sur zircon, monazite et rutile. Les résultats permettent de définir des chemins Pression-Température-temps-Chimie-Déformation (P-T-t-X-D) et de quantifier le métamorphisme prograde et rétrograde, l’initiation, la durée et les conditions d’épisodes de fusion partielle, ainsi que les taux d’enfouissement et d’exhumation. Finalement, nos résultats permettent d’estimer l’initiation de la collision continentale par un enregistrement métamorphique direct et s’insèrent dans la. Cette thèse s’intéresse au matériel de croûte moyenne provenant du sud-est de la Province du Churchill (SEPC), une branche de l’OTH coincée entre les cratons du Supérieur et Nord Atlantique qui affleure au Québec et au Labrador, Canada. Un échantillonnage ciblé le long d’un transect est-ouest permet de retracer l’histoire tectonométamorphique de la province, principalement affectée par l’épisode orogénique trans-husonien entre ~1900 et 1800 Ma. L’empreinte métamorphique de l’OTH est diachrone d’un bord à l’autre du SEPC, et principalement enregistrée dans les deux ceintures orogéniques du Nouveau Québec et des Torngat. On estime l’âge de la collision continentale à ~1885 Ma dans l’Orogène des Torngat et argumente que la marge occidentale du craton Nord Atlantique n’a pas été remobilisée durant cet épisode. Le collage des domaines de Kuujjuaq et de George, deux blocs crustaux du centre de la province, est daté à ~1836 Ma. La collision continentale dans l’ONQ est estimée autour de 1800 Ma et associée au développement d’une discontinuité tectonométamorphique entre la plaque supérieure de l’Orogène du Nouveau Québec (Domaine de Kuujjuaq) et son propre bassin d’avant-pays (Zone Rachel-Laporte) en réponse au raccourcissement. Une exception métamorphique est enregistrée dans le Complexe de Mistinibi, un des blocs lithotectoniques paléoprotérozoïques du SEPC, où l’épisode granulitique est daté autour de ~2100 Ma. On avancedes arguments pétrochronologiques datant le métamorphisme prograde à ~2150 Ma suivi d’une longue histoire suprasolidus (~55-70 Ma) entre 2140 et 2070 Ma. Nous interprétons que ce domaine a agi comme un bloc restitique rigide placé en position super-crustale lors de l’évènement majeur hudsonien, ce qui a permis de préserver son histoire métamorphique et empêché une remobilisation subséquente. Dans l’ensemble, ce modèle diachrone de collisions et collages crustaux successifs est en accord avec un régime accrétionnaire à collisionnel en contexte modérément chaud. Le SEPC expose alors des caractéristiques communes à des régimes tectoniques archéens et à la tectonique des plaques moderne. / The secular changes of thermal conditions recorded by metamorphic rocks suggest that the Earth’s geodynamic regime transitioned froman Archean stagnant lid toward the modern global plate tectonic regime. The occurrence of contrasting tectonometamorphic styles during the Paleoproterozoic Era imply that this time period was a pivotal point but the timing, duration and geological expression of this geodynamic transition are still debated. Some of the answers occur in the middle-to-lower crustal rock record which plays a major role during collision as it accommodates the shortening and stabilizes the whole orogenic structure. Thus, themetamorphic record of supracrustal sequences constitutes a direct window on the accretionary processes that occur in the core of Paleoproterozoic orogens and the nature of granulitic terranes. We apply a systematic integrated petrochronology approach that combines field work; optical petrography; SEM-MLA and micro XRF mapping; EPMA and LA-ICP-MS major and trace element chemistry; phase equilibria modeling; and Lu-Hf garnet and U-Pb zircon, monazite, rutile geochronology on supracrustal sequences from the Paleoproterozoic Trans-Hudson Orogen (THO). The results are integrated interm of quantitative PressureTemperature-time-chemistry-Deformation (P-T-t-X-D) paths that enable to asses prograde and retrograde metamorphic conditions, on set, duration and conditions of anatexis, burial and exhumation rates, and to discuss the behaviour of geochronometers during long-lived anatexis episodes. Our results also provide a robust framework to date the continental collision initiation by direct prograde metamorphic record. This thesis investigates mid-crustal material from the Southeastern Churchill Province (SECP), a branch of the THO squeezed between the Superior and North Atlantic cratons that outcrops in Québec and Labrador, Canada. A systematic sampling along a west-to-east transect of the SECP serves as the basis for deciphering its tectonometamorphic history, mainly related to the THOepisode at ~1900-1800 Ma. The THOmetamorphic imprint is diachronous from one side of the SECP to the other, and principally recorded in the New Quebec (NQO) and Torngat (TO) orogenic belts bounding the province. We argue that continental collision in the TO was initiated at c. 1885 Ma and that the occidental margin of the North Atlantic Cratonwas not remobilized during this event. We date the collage and amalgamation of the Kuujjuaq and George River domains, two lithotectonic blocks in the centre of the province, at 1836 Ma. We estimate the continental collision in the NQO at 1800 Ma and highlight the presence of a tectonometamorphic discontinuity between the upper plate of the NQO (Kuujjuaq Domain) and its own foreland basin (Rachel-Laporte Zone) that developed as a response to the horizontal shortening. A metamorphic exception is recorded in one of the Paleoproterozoic lithotectonic blocks, the Mistinibi-Raude Domain, whose granulitic episode is estimated around ~2.1 Ga. We provide petrochronologic arguments for subsolidus prograde metamorphism at ~2150 Ma, and a long-lived mid-crustal partial melting history from 2140 to 2070 Ma (~55-70 Myr). We interpret that this domain has acted as a rigid restitic block in a superstructural position during the 1.9-1.8 Ga THO, which has prevented its remobilization and any loss of its early metamorphic record. This diachronic model of successive collisions and crustal amalgamations agrees with an accretionary to collisionnal tectonic regime in a moderate thermal environment. The SECP exposes metamorphic and architectural features from Archean and modern plate tectonic regimes.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les gisements aurifères orogéniques, lesquels représentent la principale source d'or au Canada, sont relativement bien documentés, mais la source des fluides hydrothermaux aurifères dans ces gisements reste équivoque. Le district aurifère de Meliadine (MGD), situé dans la province du Churchill occidental au Nunavut, renferme approximativement 9 Moz (~280 tonnes) d'or (production historique, réserves prouvée et probables, et ressources mesurées, indiquées, et inférées), sous la forme d'une série de gisements situés dans la ceinture de roches vertes de Rankin Inlet (Tiriginaq, Wesmeg, Normeg et Pump). Ces gisements sont spatialement associés à la faille Pyke et ses subsidiaires, formant des corridors de veines de quartz-carbonate subparallèles à travers des unités géologiques d'âge archéen. Ces formations incluent des formations de fer, des roches métasédimentaires clastiques et des roches métavolcaniques. Les zones minéralisées sont de style veines et de style remplacement des roches hôtes en bordure des veines. Les zones de remplacement sont encaissées dans les lithologies riches en fer sous la forme d'or associé à de multiples générations de sulfures. La présente étude documente la signature multi-isotopique du soufre (δ$^{34}$SS, Δ$^{33}$SS et Δ$^{36}$S) des sulfures associés à l'or dans les veines d'or orogéniques et les zones de remplacement associées, afin de caractériser la source et tracer l'évolution des fluides aurifères et de mieux comprendre les contrôles sur la précipitation de l'or. La séquence paragénésique établie décrit la génération 1 de sulfures comme correspondant à la pyrrhotite±(pyrite-chalcopyrite) précoce qui n'est pas associée à l'or, alors que la génération 2 est associée à la sulfuration des unités riches en fer et se compose d'arsénopyrite-pyrrhotite±(pyrite-galène-chalcopyrite) associée à l'or, subdivisée en 2a et 2b. L'aspy2a est riche en inclusions, alors que la génération 2b est pauvre en inclusions et est associée à la déformation et à la recristallisation tardive des sulfures 2a le long de fractures riches en Au libre, Pb, Te et Bi, et aux halos de recristallisation enrichis en As et Se et appauvris en Sb. Des analyses multi-isotopiques de soufre ($^{32}$SS, $^{33}$SS, $^{34}$SS et $^{36}$S) montrent que le Δ$^{33}$SS=0.3 ‰ ± 0.2 et le Δ$^{36}$S=-0.7 ± 0.6 ‰ sont homogènes à travers les générations de sulfures. Le δ$^{34}$SS de la génération 1 varie de 1.4 ‰ à 2.4 ‰, de 1.7 ‰ à 5.5 ‰ pour la génération 2a et de -0.5 ‰ à 5.6 ‰ pour la génération 2b. En se basant sur la concentration de l'or le long de fractures de l'aspy2a, leur abondance d'inclusions, ainsi que sur les enrichissements et appauvrissements systématiques en Sb, Se et As, il apparait que les sulfures de génération 2a ont été partiellement dissous par réactions couplées de dissolution-reprécipitation, libérant et transportant l'Au, le Pb, le Bi et le Te sous forme de produits de fusion (« melts ») d'éléments chalcophiles à bas point de fusion et/ou sous forme de colloïdes, pour reprécipiter les sulfures de génération 2b avec l'or libre et les métaux associés le long de fractures et d'auréoles de recristallisation. Le fractionnement indépendant de la masse du soufre (S-MIF) est présent et constant dans tous les échantillons et indique clairement une source unique et une contribution de soufre métasédimentaire archéen aux fluides aurifères responsables de la formation des gisements du MGD au Paléoprotérozoïque, soit environ 800 millions d'années après la formation des roches hôtes. Ce nouvel ensemble de données montre que les réactions fluides-roches, représentées par les multiples épisodes de remobilisation et de reprécipitation ont été importantes pour la formation des zones minéralisées, et que la dévolatilisation des métasédiments et des métavolcanites en profondeur pendant le métamorphisme prograde peut jouer un rôle important dans l'approvisionnement en soufre, élément clé pour le transport de l'or à l'échelle de la croûte terrestre.

Cette thèse porte sur deux suites de roches métamorphiques de haute-pression et haute température provenant de l'Orogène Tibeto-Himalayen. La première suite de roches consiste en des affleurements d'amphibolites à grenat et clinopyroxène se retrouvant sous la forme de blocs dans le mélange ophiolitique à matrice de serpentine sous-jacent aux ophiolites de la Zone de Suture du Yarlung Zangbo, au Sud Tibet. La Zone de Suture du Yarlung Zangbo est un linéament de plus de 2000 km de long situé à la bordure méridionale du plateau Tibétain, au nord de la crête Himalayenne. Elle contient les reliques du vaste océan qui séparait l'Inde du Tibet pendant le Jurassique et le Crétacé : la Téthys. Dans la suture, des fragments de lithosphère océanique ont été préservés sous la forme d'une ceinture ophiolitique discontinue sous laquelle se retrouve un mélange ophiolitique. Les roches documentées dans la première partie de cette thèse ont été échantillonnées dans les occurrences de Bainang et de Angren/Buma, près de Xigaze, et plus à l'ouest sous l'ophiolite de Saga. Les relations de terrain suggèrent que ces roches représentent une semelle sub-ophiolitique démembrée. Sur la base des teneurs en éléments majeurs et traces de ces roches, cette semelle métamorphique aurait une affinité de N-MORB ou de BABB très similaire à celle de la croûte des ophiolites sus-jacentes. La géochronologie en Ar/Ar sur hornblende indique un âge de refroidissement entre 130 et 123 Ma. Considérant les modélisations complétées pour d'autres semelles métamorphiques dans le monde, ces âges peuvent également être considérés comme datant de très près le pic métamorphique. Les conditions du pic métamorphique on été contraintes thermobarométriquement et sont supérieures à 13 kbar et 800°C avec des moyennes dans l'ordre de 15 kbar et 850°C. Les relations de terrain, les données de littérature concernant les unités associées ainsi que la géochimie, la géochronologie et l'histoire métamorphique de la semelle subophiolitique de la Zone de Suture du Yarlung Zangbo supportent le modèle géodynamique suivant. Pendant le Jurassique ou le Crétacé Inférieur, la croûte des ophiolites du Yarlung Zangbo et le protolithe de sa semelle métamorphique sont formés à un centre d'expansion situé dans une zone de supra-subduction comprenant un bassin d'arrière-arc mature. Vers 130 Ma, une perturbation tectonique majeure change la direction relative des plaques et force l'initiation d'une nouvelle subduction localisée sur la ride d'extension du bassin arrière-arc. Le résultat est une ophiolite d'affinité d'arrière-arc piégée en contexte d'avant-arc et sous laquelle se retrouve une semelle métamorphique du faciès des granulites de haute-P et d'affinité d'arrière-arc. La deuxième suite de roches étudiée dans cette thèse consiste en des migmatites alumineuses à kyanite retrouvées dans le coeur de l'Antiforme du Namche Barwa, au sein de la Syntaxie Himalayenne Orientale. Le coeur de l'Antiforme du Namche Barwa est un dôme métamorphique à extrusion très rapide montrant des taux de denudation et d'exhumation extrêmes (~10mm/a). Il est situé à l'extrémité orientale de la chaîne Himalayenne et comporte la gorge la plus profonde de la planète. Les roches étudiées se retrouvent sous la forme de lentilles enrobées dans le gneiss migmatitiques à sillimanite qui forme la majorité du coeur de l'antiforme. Les lentilles migmatitiques à kyanite, d'âge Éocène-Oligocène (Zhang et al. 2010), ont été interprétées comme représentant la croûte inférieure du plateau Tibétain mais leur pic métamorphique dans le faciès des granulites de haute-pression était jusqu'à aujourd'hui contesté. Dans la présente étude, ces roches ont été investiguées quant à leur minéralogie, leur géochimie, les relations texturales entre les minéraux qui les composent et leur chimie minérale. Les résultats ont été interprétés à l'aide de pseudosections. L'interprétation confirme que ces roches représentent des protolithes sédimentaires alumineux ayant été enfouis à des conditions de croûte inférieure de l'ordre de 15 kbar et 850°C où ils ont perdu une proportion de leur liquide anatectique. Cependant, une proportion significative de liquide anatectique est restée piégée dans le réseau cristallin réfractaire, donnant lieu à d'importantes modifications texturales pendant l'exhumation jusqu'à des conditions de l'ordre de 10 kbar et 800°C, correspondant à la solidification finale du liquide piégé. Les résultats des modélisations suggèrent également que le potentiel de fusion par décompression d'une croûte inférieure aussi chaude est très faible puisque la plus grande proportion du liquide anatectique est produite pendant l'enfouissement. Cette étude démontre que la croûte inférieure Tibétaine était déjà fortement épaissie et très chaude peu après la collision initiale Éocène.

Les intrusions magmatiques au sein d’une lithosphère soumise aux contraintes tectoniques sont souvent considérées comme des instabilités thermomécaniques à même de stimuler transitoirement et localement la localisation de la déformation. Dans le but de tester ce modèle et de déterminer les possibles mécanismes gouvernant l’initiation d’une déformation localisée au contact et au sein de corps magmatiques en cours de consolidation, ce travail de thèse se propose de coupler une étude de terrain à une approche expérimentale. Les Cyclades (Mer Égée, Grèce) constituent un domaine de croûte continentale en extension dans lequel se sont mises en place au cœur de cinq dômes métamorphiques extensifs (MCCs) des intrusions magmatiques, elles-mêmes coiffées par des systèmes de détachements. Les diverses campagnes de terrain, combinées aux données de la bibliographie, ont permis de proposer un modèle d’interaction régional dans lequel ces corps magmatiques impactent l’évolution tardive de MCCs cycladiques. Au vu des âges de mise en place des intrusions (15-9 Ma), soit plusieurs millions d’années après le début de l’extension et les premiers stades d’exhumation de roches métamorphiques, le magmatisme dans les Cyclades ne peut être considéré comme un candidat réel pour la genèse de MCCs. Néanmoins, les continuums de la déformation enregistrés en bordure des intrusions (depuis l’état magmatique jusqu’aux conditions ductile/cassant) et les relations géométriques avec les détachements laissent supposer un rôle majeur des complexes magmatiques dans les processus de redistribution et de localisation de la déformation, notamment sur le développement séquentiel de détachements. Les vecteurs de localisation de la déformation au sein de magmas partiellement cristallisés ont été en parallèle recherchés par la voie expérimentale. L’étude du comportement structural de magmas, chimiquement et texturalement proches de systèmes naturels, a permis d’une part de confirmer que la déformation se localise préférentiellement le long d’interfaces à rhéologie contrastée tels aux abords de filons syn-plutoniques. Il est d’autre part montré que la présence initiale d’inhomogénéités texturales (e.g. concentration de cristaux en amas) au sein de magmas moyennement cristallisés peut de manière drastique influencer le degré de localisation de la déformation au cours des stades de refroidissement ultérieurs. / Magma intrusions within the lithosphere are often considered as thermomechanical instabilities capable to locally and transiently stimulate strain localization. With the aim of testing this model and determining possible mechanisms that govern the initiation of localized deformation at the contact and within magmatic bodies, this thesis combine a fieldwork with an experimental approach. The Cyclades (Aegean Sea, Greece) form a highly extended continental domain in which five metamorphic core complexes (MCCs) were intruded by magmatic complexes, themselves capped by detachment systems. All collected structural and kinematic data, combined with previous investigations, converge toward a regional scheme in which magmatic bodies dynamically impacted the late evolution of the Cycladic MCCs. Granitoids were emplaced in relatively short time period (15-9 Ma) while metamorphic domes were largely exhumed after more than 10 Myrs of extension. None of those intrusions thereby proves to be a real candidate for the genesis of MCCs. However, continuums of deformation recorded within granitoids (magmatic to ductile/brittle states) as well as geometrical relationships with detachments suggest a pivotal role of magmatic complexes in redistribution and localization processes of the deformation, with in particular the sequential development of detachments. Precursors of strain localization within partially cristallized magmas have been concurrently deciphered by an experimental study. The investigation of the structural behavior of magmas, chemically and texturally similar to natural systems, corroborates that strain localization is efficiently activated along interfaces with contrasting rheology such as in the vicinity of synplutonic dikes. It has been also shown that the initial presence of textural inhomogeneities (e.g. like clusters) in medium-crystallized magmas can drastically influence the degree of strain localization during subsequent cooling stages.

Titre de l'écran-titre (visionné le 4 décembre 2023) / À l'échelle mondiale, les zones de cisaillement sont les plus importants hôtes de minéralisation aurifère de type « or orogénique ». Ces failles fragiles-ductiles sont la conséquence de processus physiques liés aux cycles orogéniques et se forment dans des conditions métamorphiques postérieurs au pic. Les périodes de raccourcissement crustale génèrent des zones de cisaillement inverses à l'échelle régionale qui servent de conduits principaux pour les fluides hydrothermaux ascendants, formant ainsi des veines mésothermales de quartz-carbonate. L'origine des fluides hydrothermaux, les processus physico-chimiques et la chronologie qui mènent à la précipitation de l'or dans ces veines sont l'objet de recherches de longue date, en particulier à l'échelle des gisements et des corps minéralisés. Néanmoins, à l'échelle des districts aurifères orogéniques, comprenant généralement des champs filoniens régionaux de plusieurs kilomètres de large, la nature de ces paramètres demeure énigmatique. Dans cette thèse, on explore, grâce à une combinaison de techniques micro-analytiques chimiques et isotopiques, les contrôles spatiaux et temporels de plusieurs gisements aurifères appartenant au district de classe mondiale de Malartic-Val-d'Or, au sud de la sous-province néoarchéenne de l'Abitibi (Canada). Dans ce district, les gîtes d'or sont concentrés à proximité de la zone de faille Larder Lake-Cadillac orientée est-ouest et sont encaissés dans des structures d'ordres inférieurs recoupant les roches volcaniques et les intrusions de la ceinture de roches vertes. Dans ces structures, l'or est généralement associé à deux ensembles de veines qui se forment avant ou après la fabrique pénétrative d'étendue régionale (S2) développée au cours d'un raccourcissement N-S majeur au pic du métamorphisme. Il s'agit notamment (1) de veines de quartz-carbonate fortement déformées intégrées dans la fabrique S2 et (2) de veines fragiles-ductiles laminées de quartz-tourmaline-carbonate à cisaillement inverse ou à extension sub-horizontale qui sont subparallèles ou obliques à la fabrique S2. Ces dernières font partie du Champ filonien de Val-d'Or (CVO), qui contient la majeure partie de l'or orogénique du district de Malartic-Val-d'Or. Dans cette thèse, j'ai étudié neuf corps minéralisés aurifères (Kiena-S50, Canadian Malartic East, Kiena-Deep, Goldex, Triangle, Plug #4, Beaufor, Pascalis Gold Trend et Akasaba West) afin d'aborder trois sujets clés. 1) La chronologie à l'échelle régionale des événements hydrothermaux aurifères dans la région a été résolue par géochronologie U-Pb in situ. 2) L'identification des processus physico-chimiques contrôlant la saturation en or dans les fluides hydrothermaux aurifères a été effectuée à l'aide d'analyses in situ des éléments traces et de la compositions isotopique du soufre dans les sulfures. 3) La remobilisation hydrothermale de l'or contenu dans la pyrite a été étudiée à l'échelle nanométrique par microscopie électronique à transmission. [...] Les données montrent que la minéralisation aurifère orogénique à l'échelle d'un district est le résultat de processus multiples qui opèrent à différentes échelles, dans l'espace et dans le temps, tout au long d'un cycle orogénique. Des événements hydrothermaux de courtes durées, discrets au niveau régional, au cours du trajet métamorphique rétrograde d'un cycle orogénique, constituent une condition préalable essentielle à la formation d'un district aurifère. Au cours d'un tel épisode de minéralisation aurifère, la majeure partie de la CVO est formée par un mécanisme principal, à savoir la sulfuration de la roche encaissante dans les roches méta-volcaniques et intrusives, conduisant à la précipitation d'inclusions d'Au-Ag-Te-Bi dans la pyrite. Les événements hydrothermaux ultérieurs peuvent façonner et modifier la minéralisation aurifère orogénique à l'échelle du district, comme le montrent les assemblages Au-Ag-Te-Bi remobilisés dans les fractures de pyrites. Malgré un cadre structural bien compris et des processus physiques communs conduisant à la formation de minéralisations aurifères orogéniques, les techniques de micro-analyse in situ offrent l'opportunité unique de relier les observations structurales aux données géochimiques détaillées à l'échelle du grain minéral. Cette approche améliorera considérablement la chronologie de la minéralisation aurifère et la reconnaissance des processus physico-chimiques clés agissant à l'échelle du disctrict, et présentera différentes perspectives sur les processus physico-chimiques associés à la précipitation de l'or à faible et moyenne teneur. / Brittle-ductile reverse shear zones are the most important host for orogenic gold mineralization globally. These reverse shear zones are known to form by common physical processes associated with orogenic cycles, at post-peak metamorphic conditions. Crustal shortening periods induce regional-scale reverse shear zones that act as main conduits for ascending hydrothermal fluids, forming mesothermal quartz-carbonate veins. Fluid source reservoir(s), physico-chemical processe(s) and the timing that lead to gold precipitation within these veins have been the subject of long-standing research activities, particularly focusing at the deposit and ore body-scale. Nevertheless, the nature of these parameters remains elusive at the orogenic gold district-scale, commonly encompassing regional, km wide vein fields. In this thesis, I explore through a combination of micro-analytical chemical and isotopic techniques, spatial and temporal controls on several gold ore bodies contained in the world-class Malartic-Val-d'Or district of the southern Neoarchean Abitibi subprovince (Canada). Structurally-controlled gold deposit clusters in this district are distributed along the E-W striking Larder Lake-Cadillac-fault zone and hosted in lower-order structures that cut volcanic rocks and intrusions of the greenstone belt. In these structures, gold is commonly associated with two vein sets that form pre- or syn- the regional-penetrative fabric (S2) developed during major N-S shortening and peak-metamorphism. This include: (1) highly-deformed quartz-carbonate veins entrained in the S2-fabric and (2) laminated brittle-ductile quartz-tourmaline-carbonate reverse shear and sub-horizontal extension-veins that are sub-parallel to oblique to the S2-fabric, the latter form part of the Val-d'Or Vein Field (VVF), which contains the bulk of orogenic gold in the Malartic-Val-d'Or district. In this thesis, I studied nine gold ore bodies (Kiena-S50, Canadian Malartic East, Kiena-Deep, Goldex, Triangle, Plug #4, Beaufor, Pascalis Gold Trend and Akasaba West) to tackle three key topics. 1) The regional scale timing of auriferous hydrothermal events in the area was resolved by in-situ U-Pb geochronology. 2) Physico-chemical processes controlling gold saturation in auriferous hydrothermal fluids by in-situ sulfide multiple sulfur isotope and trace element compositions. 3) Hydrothermal remobilization of gold hosted in pyrite were studied at the nano-scale by transmission electron microscopy. [...] Acquired data show that district-scale orogenic gold mineralization is the result of multiple processes that operate at various scales in space and time throughout an orogenic cycle. Regionally discrete, short-lived hydrothermal fluid events during the retrograde path of an orogenic cycle are a main pre-condition to form district scale gold mineralization. During such an auriferous fluid event, bulk of the VVF is formed through a main fluid mechanism, wallrock sulfidation in meta-volcanic and intrusive rocks, which controls precipitation of Au-Ag-Te-Bi inclusions in pyrite. Subsequent hydrothermal events have the potential to shape and modify district-scaleorogenic gold mineralization, as recognized in remobilized Au-Ag-Te-Bi assemblages within pyrite fractures. Despite a well understood structural framework and common physical processes that lead to the formation of orogenic gold mineralization, in-situ micro-analytical techniques offer the unique opportunity to link structural observations with detailed geochemical data at the mineral grain scale. This approach will significantly improve the timing of gold mineralization and recognition of key physico-chemical processes acting at the disctrict-scale, as well as present different perspectives on physico-chemical processes associated with low- and medium-grade gold precipitation.

L'objectif de cette thèse est de contraindre la nature pétrologique et géométrique de la partie profonde d'un domaine orogénique en convergence. Dans ce but, nous avons créé dans un système d'information géographique projeté (Madagascar Laborde 1923), une base de données géologique du tiers Sud de l'île de Madagascar. Les données utilisées sont variées : observations de terrain, images satellites, données topographiques, mesures gravimétriques, radiométriques et aéromagnétiques. L'analyse, le traitement, la confrontation et l'intégration de ces différentes informations (rendues compatibles) nous a permis de réaliser avec précision de nouvelles cartes géologiques de la région, ainsi que des représentations cartographiques nouvelles. Nous mettons notamment en évidence des zones de cisaillements verticales (ZC) majeures et mineures, des fractures, des dykes et des limites lithologiques.<br />Nous précisons la nature des alignements sur l'axe Bongolava – Ranotsara : (i) La structure ductile de direction N 140°, cartographiée dans plusieurs littératures, n'est qu'une impression régionale (à petite échelle) due à la déflexion N 157° des ZC de direction Nord – Sud. La faille de Ranotsara (de direction N 140°) n'existe pas en termes de faille régionale, elle est une impression (à petite échelle) de la restitution cartographique causée par le relais de failles de taille ≤60 km de long et qui sont orientées N 115°, N 140° et N 160°. <br />Nous identifions que les ZC sont les lieux de localisation d'anomalie en éléments incompatibles (U-Th). Elles sont également le lieu de concentration d'oxydes de magnétite et titanomagnétite, associé à la disparition de la biotite. Ces observations soulignent la concentration des magmas et de la fusion au sein des ZC. Ainsi, les ZC sont le lieu de concentration de magmas qui permettent l'advection de chaleur. En effet, dans le Sud de Madagascar les conditions de haute température (800°C) sont homogénéisées sur de grande surface. <br />Nous établissons une nouvelle carte des ensembles lithologiques qui met en évidence des contrastes de compétence: les ZC se développent préférentiellement dans l'ensemble d'orthogneiss peu alumineux; les ensembles de métasédiments alumineux et les gneiss migmatitiques à amphibole sont plus résistants et forment des boudins à différentes échelles ; l'ensemble de granites et syénites stratoïdes et gneiss migmatitiques à amphibole constituent les blocs les plus rigides. Nous identifions des dykes kilométriques de basaltes, de dolérites et de microgranites qui sont orientés préférentiellement sur les directions N 25° et N 120°.<br />Par croisement des données, nous montrons que la position des minéralisations économiques est contrôlée par les anisotropies kilométriques (ZC, charnières de plis, limites lithologiques) qui localisent les circulations fluides et magmatiques. Les minéralisations primaires (métamorphiques ou métasomatiques : corindons, fer et graphite) se localisent au sein des ZC. Les minéralisations secondaires (uranothorianite, or) s'expliquent par des remobilisations au sein des ZC. La position finale des minéralisations s'explique cependant par la géométrie des réseaux hydrographiques et des failles. A l'échelle du Gondwana, la géométrie des ZC majeures néoprotérozoïques contrôle le développement des systèmes de failles et de dykes (170Ma 90Ma) orientés N 160°. <br />Dans 4 régions : Satrokala, Fenoarivo, Analavoka, Lavaraty ; existent des anomalies magnétiques et gravimétriques de type «bulls eyes» qui se localisent à l'intersection des dykes N 160° et des dykes N 30°, N 140° et N 170° ; et parfois avec les ZC. Ces points correspondent à des creux topographiques circulaires (10 m - 2,5 km de diamètre) isolés ou associés en champ de point. Ces zones sont potentiellement des intrusions kimberlitiques. La présence de ces pipes à l'intersection d'anisotropies kilométriques est favorable à l'ascension rapide des magmas silicatés, soit la présence de kimberlites diamantifères.

La Nappe de Lindås, au sein de l'Arc de Bergen, Norvège, est un massif anorthositique enfoui et partiellement éclogitisé en profondeur au cours de l'orogénèse calédonienne, qui fut relativement protégé de la rétromorphose pendant son retour vers la surface. L'étude de ces roches du faciès éclogitique nous permet donc de mieux comprendre le détail des processus d'éclogitisation et ses conséquences en terme d'exhumation et de circulation crustale dans les zones de collision. Les grenats granulitiques, bien que relativement résistants aux réactions métamorphiques, subissent lors de l'éclogitisation une fracturation intense et une rééquilibration partielle par diffusion à partir de leur frontière. L'observation au MEB (BSE) des différentes générations de grenat associées à l'épisode éclogitique, et l'estimation des compositions minérales d'équilibre par des méthodes thermobarométriques multi-équilibre, permet de mettre en lumière la vitesse de diffusion beaucoup plus lente du Ca par rapport aux cations métalliques dans le grenat granulitique lors de sa rééquilibration dans le faciès éclogitique. La distribution des orientations des fractures qui parcourent les grenats granulitiques hérités, montre que leur formation est la conséquence directe de la diminution de volume associée aux réactions métamorphiques. La propagation à petite échelle des domaines éclogitisés ne procède donc pas simplement par diffusion du fluide, mais par un processus complexe couplant diffusion, réactions métamorphiques et fracturation des minéraux granulitiques. La caractérisation de la cinématique de la déformation dans le faciès éclogitique de l'île d'Holsnøy, au sein de la Nappe de Lindås montre sa grande cohérence à l'échelle de la zone d'étude (5*5 km), reflétant l'action de forces aux limites, plutôt que de contraintes locales liées aux réactions métamorphiques. Le cisaillement en moyenne vers l'Est, géométriquement restauré dans le contexte de la subduction calédonienne, est interprété comme reflétant le découplage d'unités crustales du panneau plongeant, qui commencent ainsi leur retour vers la surface. La validité d'un tel modèle, où l'éclogitisation permet l'initiation de l'exhumation, est analysée dans le cadre du modèle analytique du chenal de subduction. L'éclogitisation, qui n'est ni instantanée ni spatialement homogène, modifie les propriétés de la croûte, notamment sa densité et sa viscosité. Alors que l'augmentation de densité réduit sa flottabilité, son adoucissement mécanique lui permet de se découpler du manteau lithosphérique qui la tire vers la profondeur. La compétition entre ces deux phénomènes, variable suivant la progression des transformations métamorphiques, est intégrée dans un unique paramètre adimensionnel, le nombre d'exhumation, dont la valeur décrit la capacité de la croûte à être exhumée. La subduction d'une croûte à fort nombre d'exhumation entraîne la création dans le canal de subduction d'un flux retour à partir du domaine partiellement éclogitisé. L'analyse des conditions de ce flux retour montre entre autres que les vitesses d'exhumation de l'ordre des vitesses de convergence des plaques lithosphériques ne sont possibles que pendant le régime transitoire entre l'enfouissement de croûte à faible et fort nombre d'exhumation. Ce travail, qui montre l'importance des réactions d'éclogitisation pour l'exhumation et plus généralement pour la dynamique des zones de collision, souligne en conséquence la nécessité de décrire avec précision les mécanismes micro- et macroscopiques qui permettent la progression et la propagation de l'éclogitisation.

Les séries du Chavanon, de la Sioule et d'Ussel sont situées au coeur du massif central français et constituent donc un secteur clé pour la compréhension de cette zone interne de l'orogène varisque en Europe de l'ouest. Leur métamorphisme inverse est traditionnellement expliqué par un empilement de nappes au cours d'un évènement unique au Dévonien. Cet édifice est ensuite affecté par le jeu de grands décrochements régionaux. Ce mémoire établit une comparaison entre les différentes séries grâce notamment à de nombreuses nouvelles données de terrain et de nouvelles données géochronologiques. La succession des déformations telle qu'elle peut être mise en évidence est la suivante : 1) un stade D1, caractérisé par une foliation S1 anatectique fortement pentée, 2) un stade D2 au cours duquel la S1 est reprise par une S2 de faciès amphibolite subhorizontale, de plus en plus pénétrative vers la base des séries et 3) le bâti est affecté par de grands décrochements (cisaillement de la Courtine notamment). Les nouvelles données géochronologiques mettent en avant un polyphasage des métamorphismes et des déformations. L'intégration de ces données dans un modèle géodynamique plus global fait appel à une structure de type " extrusion par poinçonnement ". La discussion met en avant les problèmes du modèle de nappes qui prévalait jusqu'ici.

Cette thèse étudie la géologie de la haute vallée de Champagny (massif de Bellecôte ~ Vanoise septentrionale . Savoie ). Outre l 'étude sur le terrain des formations lithologiques et de leurs relations structurales, on utilise largement les techniques de laboratoire dans la recherche d'une origine possible des sédiments métamorphiques pré-permiens et des roches magmatiques basiques qu'ils contiennent. C'est ainsi que les résultats géochimiques obtenus font ressortir le caractère tholéiitique du complexe magmatique. Dans ce complexe, il convient néanmoins, d'opposer l'évolution pétrogénétique et de gisement entre un premier groupe de roches de nature tholéiitique et un second groupe, s'apparentant à des lambeaux d'une série ophiolitique dilacérée tectoniquement. Les sédiments prepermiens quant à eux apparaissent dériver du remaniement d'une série volcanique relativement basique. Cependant, l'étude typologique des zircons de ces sédiments condult à mettre en évidence des zircons surtout issus des roches calco- alcalines ; ce qui est en accord, seulement partiel , avec les données. géochimiques. La structure du massif est déduite des observations lithostratigraphiques et microtectoniques ; elle reste subor-donnée au problème de la structure d'ensemble de la Vanoise septentrionale dans son contexte alpin. Il semble que l'on puisse considérer la succession lithostratigraphique comme une série normale qui appartiendrait au dos du pli couché déversé vers le Nord de JF Raoult, dont le flanc inverse, visible sur la bordure orientale est " surdéversé" actuellement en position normale. Des déformations tardives, déversées au SE ou au SSE, se superposent à cette structure précoce. Les relations de la couverture mésozoïque avec le substratum restent sujettes à discussion, mais il est désormais certain que son contact basal est antérieur à toutes les déformations reconnues.