L'objectif de cette thèse est l'étude de l'association magnétite-skarn-magmatisme. Dans ce but, deux gisements de magnétite (Yamansu et Cihai) ont été sélectionnés dans l'Est du Tianshan (NW Chine). Dans les deux gisements, l'assemblage grenat-pyroxène-magnétite a été reconnu, mais les mécanismes de formation de la minéralisation y sont différents. Cet assemblage a ensuite été alteré par un stade hydrothermal. Les études minéralogiques et géochimiques ainsi que les zonations observées suggèrent, que dans le gisement de Yamansu (YMD), le skarn et la minéralisation sont liés à la circulation d'un fluide riche en fer; alors que pour le gisement de Cihai (CMD), la mise en place du minerai est probablement associée à un magmatisme mafique/ultramafique. A YMD, selon l'anisotropie de la susceptibilité magnétique (AMS) et une étude paléomagnétique, le basalte et le skarn massif à grenat, tout deux encaissant les corps à magnétite massive, étaient en position horizontale lors de leur formation. L'attitude actuelle de ce gisement serait donc due à la phase tectonique majeure. La magnétite dans CMD présente les caractéristiques d'une magnetite magmatique, plutôt qu'hydrothermale. Dans ce gisement, la contamination du magma par des formations sédimentaires a pu contribuer à séparer efficacement un liquide riche en oxyde de fer d'un bain silicaté. / The aim of this thesis was to investigate the magnetite-skarn-magmatism association, of which two study objects (Yamansu and Cihai magnetite deposits) were selected from eastern Tianshan, China. Both of the Yamansu and Cihai magnetite deposit illustrate garnet-pyroxene-magnetite assemblage in prograde stage and hydrothermal assemblage in retrograde stage which essentially defined as skarn-related deposit, but with different forming mechanisms. Yamansu magnetite deposit (YMD) is a typical metasomatic skarn deposit confirmed by the mineral assemblage and chemical composition, zonation etc., whereas to Cihai magnetite deposit (CMD) probably associated to sedimentary assimilation into mafic/ultramafic magma and fractionation. According to anisotropy of magnetic susceptibility (AMS) and paleomagnetic study, the basalt and the massive garnet skarn which clamp massive magnetite ore bodies were coincidently horizontal in YMD. In addition, it was the Fe-rich fluid caused extensive skarnization in YMD. The magnetite in CMD is magmatic origin, rather than hydrothermal according to mineralogy and geochemical study. External material contamination of the mafic/ultramafic magma probably efficiently separated the magnetite and silicate at the peripheral part of the large mafic/ultramafic pluton in high temperature.

L'objectif de cette thèse est l'étude de l'association magnétite-skarn-magmatisme. Dans ce but, deux gisements de magnétite (Yamansu et Cihai) ont été sélectionnés dans l'Est du Tianshan (NW Chine). Dans les deux gisements, l'assemblage grenat-pyroxène-magnétite a été reconnu, mais les mécanismes de formation de la minéralisation y sont différents. Cet assemblage a ensuite été alteré par un stade hydrothermal. Les études minéralogiques et géochimiques ainsi que les zonations observées suggèrent, que dans le gisement de Yamansu (YMD), le skarn et la minéralisation sont liés à la circulation d'un fluide riche en fer; alors que pour le gisement de Cihai (CMD), la mise en place du minerai est probablement associée à un magmatisme mafique/ultramafique. A YMD, selon l'anisotropie de la susceptibilité magnétique (AMS) et une étude paléomagnétique, le basalte et le skarn massif à grenat, tout deux encaissant les corps à magnétite massive, étaient en position horizontale lors de leur formation. L'attitude actuelle de ce gisement serait donc due à la phase tectonique majeure. La magnétite dans CMD présente les caractéristiques d'une magnetite magmatique, plutôt qu'hydrothermale. Dans ce gisement, la contamination du magma par des formations sédimentaires a pu contribuer à séparer efficacement un liquide riche en oxyde de fer d'un bain silicaté.

Au sein de la croûte terrestre, une grande partie des processus de mobilisation et redistribution des métaux résulte de circulations de fluides à grande échelle. Par conséquent, c’est un paramètre clé dans la formation de nombreux types de gisements variés. Les zones de déformation étant les vecteurs principaux des circulations de fluides, la plupart des gisements d’or (Au) et d’antimoine (Sb) se retrouvent localisés au sein des ceintures orogéniques. Le Massif Armoricain constitue un segment de la chaîne varisque ouest-européenne et contient de nombreux gisements à Sb-Au. L’objectif de cette thèse est à la fois de fournir de nouvelles contraintes sur la genèse des minéralisations varisques à Sb-Au et d’améliorer l’état des connaissances sur les processus critiques à l’origine des circulations de fluides minéralisatrices. Ainsi, une analyse des relations spatiales et des analyses structurales, géochronologiques et géochimiques ont été réalisées sur les gisements à Sb-Au du Domaine Centre Armoricain (DCA) et sur le gisement du Semnon en particulier. Une grande partie des gisements à Sb-Au est spatialement associée à des zones denses et relativement magnétiques suggérant la présence de corps mafiques/ultramafiques en profondeur. Cela est supporté par les nombreuses occurrences de dykes et sills de dolérites à travers toute la région. Ces dykes et sills sont issus d’un important évènement magmatique mafique mis en place à 360 Ma durant un changement drastique de la dynamique de convergence, passant de la subduction continentale à l’initiation de la collision. Les minéralisations à Sb-Au du DCA sont précoces dans l’histoire Carbonifère de la chaîne varisque armoricaine. Par conséquent, la plupart des minéralisations du DCA ne sont pas associées à l’évènement hydrothermal minéralisateur tardi-Carbonifère, bien connu dans la chaîne varisque européenne, en particulier au sein des zones internes de la chaîne tel que le Massif Central français. Au-delà du fait que cet évènement hydrothemal à Sb-Au soit précoce, la mise en place d’un magmatisme mafique généralisé dans la croûte supérieure du DCA est synchrone avec les minéralisations à Sb-Au et apparait comme un paramètre essentiel dans la mobilisation de circulations de fluides minéralisateurs advectifs. A plus grande échelle, la mise en place d’un magmatisme mafique couplée à la circulation de fluides hydrothermaux à Sb-Au met en lumière et améliore nos connaissances sur les processus hydrothermaux, magmatiques et tectoniques d’échelle lithosphérique gouvernant l’hydrothermalisme porteur de métaux. Par conséquent, ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour l’exploration minière, notamment dans la recherche de nouveaux gisements d'antimoine et d'or au sein de la chaîne varisque européenne. / Through the Earth’s crust, a major part of the mobilization and the redistribution processes of metals are the result of large-scale fluid flows. Consequently, it is a key factor in the formation of various types of mineral deposits. Because deformation zones are the principal vector for fluid flows, most hydrothermal antimony (Sb) and gold (Au) deposits are localized in orogenic deformed belts. As a western part of the European Variscan belt, the Armorican Massif hosts several Sb-Au deposits. The purpose of this work is to provide new constraints on the genesis of these Variscan Sb-Au mineralization and to improve our knowledge about critical processes for hydrothermal mineralizing fluid flows. For these reasons, spatial relationships, structural, geochemical and geochronological investigations were performed on the Sb-Au deposits from the Central Armorican Domain (CAD), the Le Semnon Sb-Au deposit in particular. A major part of Sb-Au deposits are spatially associated with high-density and magnetic zones reflecting the presence of mafic/ultramafic bodies at depth and that is supported by numerous occurrences of dolerite dykes and sills throughout the region. These dykes and sills are issued from an important mafic magmatic event at ca. 360 Ma emplaced during a plate dynamic shift from continental subduction to incipient collision stage. Sb-Au mineralization from the CAD belongs to the early Carboniferous history within the Variscan framework. Consequently, most of Sb-Au mineralization (at least in the CAD) is not related to the Late Carboniferous hydrothermal mineralizing event, well-identified in the Variscan southernmost internal zones and especially in the French Massif Central. Beyond that early hydrothermal event, the widespread emplacement of a mafic magmatism in the CAD upper crust is coeval with Sb-Au mineralization and appears as a major trigger for highly advective mineralizing fluid flows. At a larger scale, mafic magmatism emplacement coupled with early Carboniferous Sb-Au hydrothermal fluid flows highlights and improves our knowledge of lithospheric-scale tectonics, magmatic and hydrothermal processes governing such metal-bearing hydrothermalism. As a consequence, those results provide a new framework for future mining exploration of antimony and gold deposits in the European Variscan belt.

Les profils de sismique réflexion de Marges Passives Volcaniques imagent une croûte inférieure réflective formée de deux domaines distincts. Ces réflecteurs sont interprétés comme des intrusions mafiques associées à la formation de la marge. Les observations géophysiques ne permettent pas de comprendre les conséquences associées à la mise en place de ces magmas sur la rhéologie et la déformation effective de la croûte inférieure des marges volcaniques. Cette thèse explore deux exemples géologiques de croûte inférieure à l’affleurement qui ont été affectés par d’importants volumes magmatiques pendant leur histoire extensive : la Zone d’Ivrée (Alpes italiennes) et la province de Seiland (Calédonides finmarkiennes). Une étude approfondie de terrain, associée à des analyses géochimiques et isotopiques ainsi qu’à des expériences de déformation en Presse Paterson permet, (1) de définir la structure synthétique finie d’une croûte inférieure extensive affectée par un ou plusieurs épisodes magmatiques intenses et d'identifier dans la Zone d’Ivrée une croûte moyenne ductile, dans laquelle s’enracinent les failles de la croûte supérieure, (2) de montrer l’évolution de la rhéologie et de la déformation ductile de la croûte inférieure relativement à la mise en place des magmas (3) de caractériser à partir de Seiland l’interface croûte manteau dans un contexte d’extension synmagmatisme mafique. L’ensemble des résultats montre la complexité des relations, à la fois structurales, spatiales et temporelles, entre les magmas et roches mafiques et la déformation en extension dans la croûte inférieure. / Seismic reflection profiles of Volcanic Passive Margins show a two-domain reflective lower crust. The particular reflectors are interpreted as mafic intrusions associated to the margin evolution.From those geophysical observations it is not possible to understand the consequences of mafic magma emplacement on the rheology and effective deformation of volcanic margins lower crust. This thesis explores two geologic examples of outcropping lower crusts affected by important volumes of magma during their extensional story: the Ivrea Zone (Italian Alps) and Seiland (Finmarkian Caledonides). An important field study associated to geochemical and isotopic analyses, and to Patersonapparatus deformation experiences led to (1) define a synthetic structure of an extensional lower crust affected by one or more major magmatic events and to indentify a ductile middle crust in the Ivrea Zone where roots the upper crust faults, (2) show the rheologic and deformation evolution of the lower crust in relation to magma emplacement timing, (3) characterize, from Seiland observations, the crustmantle interface in an extensional System. The whole study shows the complexity of the temporal, spatial and structural relationships between mafic rocks (as magma and as crystallised rock) and extensional deformation in the lower crust.

Les roches mafiques à ultramafiques permettent de tracer les processus de formation et d'évolution des surfaces planétaires. Pour caractériser ces surfaces, la spectroscopie de réflectance visible-proche infrarouge est une technique adaptée de part sa sensibilité aux absorptions du fer présent dans les minéraux. L'objectif de cette thèse est de déterminer la composition modale des roches, ainsi que la composition chimique des minéraux constitutifs.<br />Nous avons développé une procédure basée sur la mise en oeuvre du Modèle Gaussien Modifié (MGM) qui permet de modéliser les spectres pour des assemblages minéralogiques complexes (olivine - orthopyroxène - clinopyroxène). Après validation de cette approche sur des données simples (poudres), la méthode a été appliquée à des roches naturelles complexes (météorites martiennes et roches d'Oman). Fort de l'expertise acquise dans cette étape intermédiaire, des cartographies minéralogiques ont alors pu être réalisées à partir de données spatiales et aéroportées, respectivement pour le volcan Syrtis Major sur Mars et le massif ophiolitique de Sumail (Oman). Nous avons ainsi montré que les laves de l'édifice volcanique présentent un enrichissement en olivine (Fo50-80) et que les pyroxènes, suivant les conditions de mise en place, peuvent avoir des compositions allant des augites aux enstatites. Pour l'ophiolite d'Oman, nous avons mis en évidence et cartographié pour la première fois des variations spatiales organisées de composition modale au sein même de l'unité harzburgitique. Nous avons également caractérisé des variations de composition dans les clinopyroxènes de la zone crustale ayant des implications pétrogénétiques.<br />Ces apports sont essentiels dans la caractérisation et la compréhension des processus pétrologiques inhérents à la formation des surfaces planétaires et devraient stimuler l'utilisation de l'imagerie spectroscopique à des fins géologiques.