Les laves alcalines sous-saturées riches en éléments volatils sont les marqueurs du rôle important des fluides dans le manteau et des interactions fluide-roche et magma-roche, processus clés pour comprendre la dynamique du manteau convectif et les interactions asthénosphère-lithosphère en domaine intracontinental. L’objectif de cette thèse est d’apporter de nouvelles contraintes sur la genèse des magmas alcalins en caractérisant les conditions de cristallisation, la source et les processus de fusion partielle à l’origine des néphélinites à olivine, des néphélinites à pyroxène et des basanites du champ volcanique du Jbel Saghro dans l’Anti-Atlas marocain. L’étude pétrologique et géochimique des roches et des minéraux, couplée à l’analyse des inclusions fluides a permis de contraindre les conditions pré-éruptives des néphélinites de Saghro à 1.7–2.2 GPa et ~1350 °C. Les minéraux montrent que les magmas néphélinitiques sont riches en éléments volatils (Cl, F, S), et les inclusions fluides indiquent que les magmas étaient saturés en fluide riche en CO2 à des pressions > 590 MPa. Les différents assemblages minéralogiques des néphélinites et la présence de xénolites péridotitiques suggèrent une ascension rapide des néphélinites à olivine et des processus plus complexes en profondeur pour les néphélinites à pyroxène. La modélisation des processus de cristallisation fractionnée et de fusion partielle des laves mafiques de Saghro a permis de déterminer qu’elles sont issues de faibles taux de fusion partielle (0.6–2.5 %) d’une péridotite carbonatée enrichie en éléments incompatibles, au niveau de la transition grenat–spinelle (~80–85 km) et en présence d’amphibole. Les néphélinites de Saghro montrent une évolution temporelle avec une légère augmentation du taux de fusion et une diminution de la quantité d’amphibole au résidu des plus anciennes (néphélinites à olivine, 9.6 Ma) aux plus récentes (néphélinites à pyroxène, 2.9 Ma). Les basanites forment un système indépendant des néphélinites et sont issues de taux de fusion plus élevés. Les fortes variations dans leur composition chimique suggèrent qu’elles ont subi de la cristallisation fractionnée lors de leur ascension. Les caractéristiques particulières des néphélinites et basanites de Saghro (enrichissement en éléments incompatibles, anomalies négatives en K, Zr, Hf et Ti, rapports Ca/Al et Zr/Hf élevés) indiquent que leur source a subi un métasomatisme principalement carbonatitique. L’influence de ce métasomatisme est plus forte pour les néphélinites à pyroxène que pour les néphélinites à olivine, impliquant une évolution temporelle de l’intensité du métasomatisme. Ces résultats suggèrent des interactions fluide-roche sous le craton Nord-Ouest Africain, entraînant la formation d'un manteau métasomatisé par des composants carbonatitiques riches en CO2 au niveau de la transition lithosphère-asthénosphère. L’origine du métasomatisme provoquant l’enrichissement de la source et la formation de veines d’amphibole pourrait être liée à la fusion de reliquats de croûte océanique subductée. Les températures de fusion relativement faibles (< 1350 °C) suggèrent l’absence d’anomalie thermique sous le Jbel Saghro, et favorisent donc un modèle de délamination de la lithosphère comme initiateur du volcanisme. Cependant, l’augmentation du taux de fusion partielle au cours du temps, également observée dans le Moyen Atlas, et les similitudes isotopiques et géochimiques avec les laves alcalines des îles Canaries ne permettent pas d’exclure une influence du panache des Canaries sur la source du volcanisme alcalin du Jbel Saghro. / Volatile-rich, silica-undersaturated alkaline lavas record the important role of fluids during fluid-rock and magma-rock interactions in the mantle, which are key processes to understand the dynamics of the convective mantle and lithosphere-asthenosphere interactions in intracontinental settings. The aim of this thesis is to bring new constraints on the genesis of alkaline magmas by characterizing the crystallization conditions, the source and the partial melting processes taking part in the genesis of olivine nephelinites, pyroxene nephelinites and basanites from the Jbel Saghro volcanic field in the Moroccan Anti Atlas. The petrological and geochemical study of rocks and minerals coupled with the analysis of fluid inclusions constrains the pre-eruptive conditions of Saghro nephelinites to 1.7–2.2 GPa and ~1350 °C. Minerals show that nephelinitic magmas are rich in volatile elements (Cl, F, S), and fluid inclusions indicate that magmas were saturated with a CO2-rich fluid at pressures > 590 MPa. The various mineralogical assemblages and the presence of peridotite xenoliths suggest a rapid ascent for olivine nephelinites and more complex processes at depth for pyroxene nephelinites. Fractional crystallization and partial melting modelling of Saghro mafic lavas indicate that they are low-degree melts (0.6–2.5 %) of an amphibole-bearing carbonated peridotite enriched in incompatible elements, at the garnet-spinel transition (~80–85 km). Saghro nephelinites display a temporal evolution with a slight increase of the degree of melting and a decrease of the amount of residual amphibole from the oldest (olivine nephelinites, 9.6 Ma) to the most recent (pyroxene nephelinites, 2.9 Ma). Basanites form a system that is independent from nephelinites and are slightly higher-degree melts. Important variations in their chemical composition suggest variable amounts of fractional crystallization during ascent. The peculiar characteristics of Saghro nephelinites and basanites (enrichment in incompatible elements, negative anomalies in K, Zr, Hf and Ti, high Ca/Al and Zr/Hf ratios) indicate that their source was affected by carbonatitic metasomatism. The influence of this metasomatism is stronger for pyroxene nephelinites than for olivine nephelinites. These results suggest fluid-rock interactions beneath the Northwest African Craton, leading to the formation of a metasomatized mantle by CO2-rich carbonatitic components at the lithosphere-asthenosphere transition. The origin of the metasomatism inducing source enrichment and the formation of amphibole veins could be attributed to the melting of relict subducted oce anic lithosphere. The relatively low melting temperatures (< 1350 °C) suggest the absence of a thermal anomaly beneath the Jbel Saghro, and thus support a lithosphere delamination model as precursor of Saghro volca0,3nism. However, the increasing degree of partial melting over time, also observed in the Middle Atlas, together with the isotopic and geochemical similarities with Canary Islands alkaline lavas does not allow us to discard the influence of a deviation of the Canary mantle plume beneath northwest Africa.

Cette étude vise caractériser le manteau lithosphérique du massif du Hoggar (Algérie) et son évolution, grâce à une étude multidisciplinaire (pétrologique, géochimique et pétrophysique) d'enclaves mantelliques échantillonnées par le volcanisme cénozoïque. L'échantillonnage provient de deux districts volcaniques (Tahalagha et Manzaz) situés respectivement en périphérie et au coeur du bombement du Hoggar. Le district de Tahalgha est par ailleurs situé à cheval sur un grand cisaillement pan-africain (le 4°35), séparant deux domaines structuraux majeurs du socle du Hoggar : le Hoggar Central Polycyclique à l'Est (domaine LATEA) et le Hoggar occidental à l'Ouest (bloc d'Iskel). Les xénolites étudiés apportent des informations sur l'évolution du manteau lithosphérique depuis l'orogenèse pan-africaine, au cours de laquelle s'est structuré le socle de cette région (le Bouclier Touareg), jusqu'aux événements cénozoïques responsables du bombement topographique et du volcanisme.L'héritage pan-africain est essentiellement préservé dans les échantillons du district périphérique de Tahalgha, sous la forme de lherzolites équilibrées à basse température (750 - 900°C), à clinopyroxènes appauvris en terres rares légères. Ces échantillons sont considérés comme représentant la lithosphère sous-continentale à l'issue des processus de réjuvénation qui ont marqué les derniers stades de l'orogenèse pan-africaine. Ils montrent des textures de déformation (porphyroclastiques à equigranulaires) bien préservées, attribuées à ces événements et caractérisées par des orientations cristallographiques préférentielles (OPRs) de l'olivine (axiales-[010]) compatibles avec un régime transpressif. Les événements cénozoïques sont marqués par un recuit partiel de ces textures, particulièrement prononcé à Manzaz et dans les échantillons de Tahalgha équilibrés à des températures moyennes à élevées (900-1150°C), et affectés par différents degrés de métasomatisme. Les xénolites de Tahalgha représentent un cas d'étude exemplaire du métasomatisme mantellique, couplant variations texturales, minéralogiques et chimiques le long de gradient locaux de température. Une modification des OPRs d'olivine est observée, qui résulterait à la fois de l'infiltration de liquides métasomatiques et d'une réactivation des accidents pan-africains en cisaillement pur.Des implications importantes de cette étude résident dans l'échelle des variations de premier ordre attribuées aux interactions lithosphère-asthénosphère au Cénozoïque. Celles-ci sont essentiellement à l'échelle du bombement du Hoggar (différences entre Manzaz et Tahalga, c'est-à-dire entre Hoggar central et périphérique) ou à celle de conduits magmatiques et de leurs épontes (variabilité locale des xénolites de Tahalgha). Par contre, les résultats obtenus montrent peu de variations significatives pour les échelles intermédiaires, notamment pour des localités de Tahlagha situées de part et d'autre ou à différentes distances du 4°35. Ceci favorise plutôt, pour l'origine du bombement volcanique du Hoggar, les modèles faisant appel à des structures d'assez grande échelle telle qu'un panache mantellique ou une cellule de convection asthénosphérique de type « Edge Driven Convection », plutôt qu'un processus essentiellement lié à la réactivation des failles lithosphériques pan-africaines. / This study aims to characterize the lithospheric mantle of the Hoggar swell (Algeria) and its evolution through time via a multidisciplinary (petrological, geochemical and petrophysical) study of mantle xenoliths sampled by Cenozoic volcanism. The samples were collected in two volcanic districts (Tahalagha and Manzaz) located in the periphery and in the central part of the Hoggar massif, respectively. The Tahalgha sampling also straddles a mega pan-African shear zone (the 4°35 fault) between two major structural domains of the Tuareg Shield basement: the Central Polycyclic Hoggar to the East (LATEA terranes) and the Western Hoggar domain to the West (Iskel block). The studied xenoliths provide information on the evolution of the lithospheric mantle from the Pan-African orogeny – i.e. the period when the Tuareg Shield was structured – to the Cenozoic events responsible for topographic upwelling and volcanism in the Hoggar swell.The Pan-African heritage is found in xenoliths from the peripheral Tahalgha district. These samples are distinguished by low equilibrium temperatures (750-900°C) and LREE-depleted clinopyroxene compositions. They are considered to represent the sub-continental lithosphere after the rejuvenation process that marked the later stages of the Pan-African orogeny. They show well preserved deformation textures (porphyroclastic to equigranular) assigned to these events and characterized by preferential crystallographic orientations (CPOs) of olivine (axial-[010]) consistent with a transpressional regime. The Cenozoic events are marked by partial annealing of these textures, particularly pronounced in the Manzaz samples, as well as in the Tahalgha xenoliths equilibrated at medium to high temperatures (900-1150°C). These samples were affected by different degrees of metasomatism. The Tahalgha xenoliths represent a rather unique case study of mantle metasomatism, where coupled textural, mineralogical and chemical variations occur along local temperature gradients. The Cenozoic events were also responsible for a change in olivine CPOs, resulting from both infiltration of metasomatic fluids and reactivation of Pan-African accidents in a pure-shear regime.Important implications of this study lie in the scale at which the first-order lithosphere modifications ascribed to the Cenozoic event are observed, i.e. either at the scale of the whole Hoggar swell, as shown by the increasing degree of textural annealing and metasomatism from Tahalgha to Manzaz (i.e. from outer to central Hoggar), or at the small scale of magma conduits and their wall rocks, as shown by the local variability registered by the Tahalgha xenoliths. Conversely, our data show little changes at intermediate scales, as might be expected, for instance, among the Tahalgha localities situated on either sides - or at different distances - from the 4°35. As regards the origin of the Hoggar volcanic swell, this result favours the models involving relatively large-scale structures such as a mantle plume or "Edge Driven Convection", rather than a process involving merely the reactivation of pan-African lithospheric faults.

Quand et comment le Plateau Tibétain s'est édifié demeure une question complexe, aux nombreuses implications pour la compréhension du comportement des lithosphères continentales en collision. Certains modèles mettent en avant l'importance du sous-plaquage de la lithosphère indienne et d'un épaississement localisé aux limites de micro-plaques asiatiques rigides ; tandis que d'autres considèrent au contraire que la lithosphère asiatique est peu résistante et se déforme de manière distribuée. La base croissante de données de haute qualité documentant les processus de surface et les processus profonds doit à présent être intégrée afin de contraindre les différents modèles d'évolution du Plateau. Ce travail de thèse se concentre sur le nord-est du bloc du Qiangtang, au Tibet Central : alors qu'elle constitue un élément clé pour les reconstructions et les modèles, cette région demeure l'une des moins étudiées de la zone de collision. Dans une première partie, l'acquisition de nouveaux âges 40Ar/39Ar de la déformation tardi-triasique (215-200 Ma) sur la suture de Jinsha, ainsi que la datation et l'étude métamorphique de xénolites crustales à corindon d'âge Trias Inférieur (249 Ma) échantillonnées dans des laves éocènes, mettent en évidence le rôle majeur et sous-estimé des subductions mésozoïques dans l'épaississement crustal total. Les résultats suggèrent que la région avait atteint, avant le début de l'Éocène, une épaisseur crustale de l'ordre de 45 à 55 km, soit près de 80% de son épaisseur actuelle de 66 km. Cet épaississement crustal mésozoique fut probablement en grande partie la conséquence du magmatisme d'arc du NE-Qiangtang, lié à 80 Ma de subductions océaniques à ses bordures. Ces nterprétations sont cohérentes avec les données régionales d'émersion et de paléoaltitude entre le Trias et l'Éocène. Dans une seconde partie, l'étude pétrologique et géochimique de roches magmatiques d'âge Éocène des bassins de Xialaxiu et de Nangqian suggère un intense métasomatisme du manteau lithosphérique source par des fluides ou magmas riches en H2O et en CO2. Ces résultats servent de point de départ à une série de modèles rhéologiques et thermomécaniques visant à caractériser le comportement d'une telle lithosphère dans un contexte de convergence continentale. Nous montrons que le manteau lithosphérique sous notre région d'étude à l'Éocène était à la fois très peu résistant (logmin~2.3), très peu dense (~3310 kg/m3 à 2 GPa), et possédait un solidus fortement défléchi vers les basses températures aux moyennes pressions mantelliques (~930°C à 3 GPa). À partir de ces caractéristiques, les modèles thermo-mécaniques laissent envisager un régime atypique de déformation et de fusion partielle, par l'injection de manteau lithosphérique métasomatisé dans l'asthénosphère sous-jacente. Celui-ci reproduit correctement l'intervalle de temps et la distance entre les épisodes magmatiques de Xialaxiu et de Nangqian, ainsi que la magnitude de l'épaississement crustal dans notre région d'étude, sans impliquer de délamination de la racine lithosphérique adoucie. Ces résultats nous amènent à proposer un réexamen des données géophysiques disponibles sur le manteau lithosphérique tibétain, dans lequel la zone de faibles vitesses sismiques imagée à l'aplomb du Tibet Central pourrait être interprétée en terme d'anomalie chimique et minéralogique, et non d'anomalie thermique. / How and when the Tibetan Plateau was built remains a complicated issue, with many implications for our understanding of the behaviour of colliding continental lithospheres. Some models highlight the importance of the underthrusting of the Indian lithosphere and of localized thickening at the edges of rigid Asian microplates ; while others consider that the Asian lithosphere is weak and deforms in a distributed manner. The growing, high-quality database documenting deep and surface processes has now to be integrated in order to constrain the different evolution models of the Plateau.This thesis work focuses on the north-eastern Qiangtang block in Central Tibet : although it is a keystone for reconstructions and models, this region remains one of the least studied of the collision zone.In a first part, new 40Ar/39Ar dating of the Late Triassic (215-200 Ma) deformation on the Jinsha suture, along with a metamorphic study of Early Triassic (249 Ma) corundum-bearing crustal xenoliths sampled in Eocene magmatic rocks, shed light on the the major, but underestimated role played by the Mesozoic subductions in bulk crustal thickening. Our results suggest that prior to the Eocene, our study area had reached a crustal thickness of 45-55 km, i.e 80% of its present-day crustal thickness of 66 km. This Mesozoic crustal thickening was likely achieved by continental arc magmatism related to the 80 Ma of continuous oceanic subductions on both edges of the NE-Qiangtang terrane.These interpretations are consistent with the regional emersion and paleo-altitude data.In a second part, a petrological and geochemical study of Eocene magmatic rocksfrom the Nangqian and Xialaxiu basins suggests an intense metasomatism of the source lithospheric mantle by H2O- and CO2-rich fluids or melts. These results are used as a starting point for a series of rheological and thermo-mechanical models, to characterize the behaviour of such lithosphere in a continental convergence context. We show that the lithospheric mantle underlying our study area in the Eocene was particularly weak (logmin~2.3) and buoyant (~3310 kg/m3 à 2 GPa), and its solidus was deflected to low temperatures at medium mantle pressures (~930°C à 3 GPa). From these characteristics, thermo-mechanical models forecast an atypical deformational and partial melting regime, through the injection of metasomatized lithospheric mantle into the asthenosphere, whichadequately reproduces the timing and location of Xialaxiu and Nangqian magmatic events, and the magnitude of crustal thickening observed in our study area, without any delamination of the weakened lithospheric root.This eventually leads us to reconsider the available geophysical data for the Tibetan lithospheric mantle : the low-velocity zone imaged beneath Central Tibet could indeed represent a geochemical, rather than thermal anomaly.