L'objectif principal de cette thèse est de décrire les quelques conséquences importantes de l'interaction d'un magma basique avec les sédiments qui forment son encaissant.<br />La première partie du manuscrit rappelle quelques résultats intéressants sur l'influence d'un encaissant sur un magma (assimilation d'encaissant par un magma) et sur l'influence de l'écoulement d'un magma sur l'encaissant (métamorphisme de contact). Cette partie rappelle également comment et pourquoi l'interaction entre les magmas et les roches sédimentaires de l'encaissant est souvent à la base de formation de gisements de métaux.<br />La deuxième partie apporte une nouvelle explication à la formation du gisement de magnétite titanifère de Panzhihua. Cette intrusion basique s'est mise en place dans des dolomies. Les dolomies métamorphisées ont émis une grande masse de CO2 qui a contaminé le magma et augmenté sa fugacité en oxygène. La magnétite a cristallisé précocement dans ce magma à forte fugacité en oxygène. Elle a subi une ségrégation par densité et s'est accumulée en fond de chambre magmatique.<br />Cette partie est en anglais. Elle a fait l'objet d'un article (in press) dans la revue Mineralium Deposita.<br />La troisième partie propose une étude plus détaillée des lithologies de l'auréole de contact de Panzhihua. Des données isotopiques nous permettent d'expliquer la formation des principaux types de skarns rencontrés dans l'auréole de contact. L'essentiel de l'auréole a constitué un système fermé vis-à-vis des éléments majeurs et traces. D'importants flux de CO2 (lors de la décarbonatation) puis d'eau (lors de l'hydratation) ont cependant traversé l'auréole de contact. Un échantillon de marbre à brucite montre des indices de fusion partielle (~20%). Un échantillon de skarn (zebra-rock) présente des indices de mélange chimique entre le magma et la dolomie.<br />La quatrième partie présente les résultats de l'étude d'une seconde auréole de contact, associée au gisement de sulfures de Ni-Cu magmatique d'Aguablanca (Espagne). L'intrusion d'Aguablanca s'est mise en place dans des calcaires argileux. Sa composition chimique montre des indices d'incorporation d'encaissant carbonaté. En modifiant la fugacité en oxygène du magma, l'incorporation de carbonates pourrait être impliqué dans la formation de ce gisement de Ni-Cu. Un modèle simple nous a permis de calculer la composition chimique des protolithes à partir des compositions chimiques des marbres, skarns et hornfels de l'auréole de contact. Nous avons ainsi pu montrer que les calcaires les plus purs sont également ceux qui libèrent le moins de CO2. La présence d'argiles dans les calcaires « impurs » permet diverses réactions de formation de silicates qui libèrent du CO2 lors du métamorphisme.<br />Dans la cinquième partie, nous rappelons la coïncidence temporelle entre la mise en place des grandes provinces magmatiques et les crises de la biosphère. Nous expliquons l'absence de relation de proportionnalité entrele volume de lave émis et l'intensité des crises et montrons que les sédiments sont les principales sources de gaz lors de la mise en place des grandes provinces magmatiques. L'intensité des crises dépend plus de la nature des roches dans lesquelles les trapps se mettent en place que du volume de lave émis.<br />Cette partie comporte une section en anglais, préparée pour être soumise à Geology.

Le premier chapitre montre par des méthodes toriques ($G-$graphes) que pour tout entier positif $n$, le quotient de l'espace affine à $n$ dimensions par le groupe cyclique $G_n$ d'ordre $2^n-1$ admet le $G_n$-schema de Hilbert comme résolution lisse crepante. Le deuxième chapitre contient des résultats sur les champs algébriques (construction du champ algébrique lisse associé à une log-paire). Le troisième chapitre montre l'équivalence entre la catégorie dérivée bornée des faisceaux cohérents $G_n-$équivariants sur l'espace affine et celle des faisceaux cohérents sur la résolution $G_n-$Hilb. Chapitre 4 donne une réalisation géométrique de la conjecture de Broué via la correspondance de McKay. L'annexe contient des résultats sur les groupes trihédraux, y compris un programme magma.

The Altiplano-Puna Volcanic Complex in the Central Andes is one of the youngest large silicic volcanic fields (LSVFs) in the world, erupting over 13,000 km³ of material during multiple supereruptions from 11 to 1 Ma. Understanding the timescales over which magma is stored in the crust prior to eruption is crucial to understanding the development of LSVFs such as the APVC. The residence time of a magma is defined as the time between magma formation and its eruption. While the eruption age of a volcanic system is generally well constrained through ⁴⁰Ar/³⁹Ar dating of sanidine and biotite crystals, determining the time of magma formation offers a bigger challenge. U-Pb dating of zircon—an early crystallizing, ubiquitous phase in silicic systems—is a commonly used method for determining the timing of magma formation. U-Pb zircon ages were collected for 16 ignimbrites representing the temporal and spatial distribution of the APVC. Zircon crystallization histories show significant overlap between eruptive centers of similar age separated by as much as 200 km. Ignimbrites erupted from the same multicyclic caldera show little relationship. This suggests that ignimbrites may share a deeper, regional source. Timescales of zircon crystallization for individual ignimbrites range from ~400 ka to more than 1 Ma, with little correlation with age or erupted volume. Ignimbrites with longer crystallization timescales frequently exhibit a stepped age distribution and highly variable U contents, suggesting that these ignimbrites likely formed in a very crystalline, low melt fraction environment while ignimbrites with short crystallization times and constrained U concentrations crystallized in high melt fraction systems. Zircon crystallization histories record periods of continuous zircon crystallization in the APVC that extend over 1.5-2 Ma pulses and correlate well with eruptive pulses recognized by previous studies. Overall, zircon crystallization histories of the magmas feeding ignimbrite eruptions in the APVC record long timescales of magmatic activity from a shared regional source, likely the Altiplano-Puna Magma Body currently detectable underlying the APVC. / Graduation date: 2012

Knowledge of the provenance of crustal volatiles and the processes by which they are released is extremely important for the dynamics of magmatic systems. Presented here are the results of multiple investigations, which aim to understand magmatic volatile contamination from contrasting but complementary perspectives. The main methodologies used include He and C isotope values and CO2/3He ratios of volcanic gases and fluids; simulation of magma-carbonate interaction using high-pressure high-temperature experimental petrology; X-ray microtomography of vesiculated xenoliths and computer modeling. Findings show that the contribution from upper crustal volatiles can be substantial, and is dependant on the upper crustal lithology on which a volcano lies, as well as the composition of the magma supplied. Carbonate dissolution in particular is strongly controlled by the viscosity of the host magma. The details of the breakdown of vesiculated xenoliths is complex but has wide reaching implications, ranging from the dissemination of crustally derived materials through a magma body to highlighting that crustal volatiles are largely unaccounted for in both individual volcano and global volatile budgets. In synthesizing the conclusions from each of the individual perspectives presented, I propose the contribution of volatiles from crustal sources to play a significant role in many geological systems. This volatile component should be taken into consideration in future research efforts.

Subduction zones are places where one hydrated oceanic plate goes underneath another plate, and releases its fluids into the overlying mantle wedge. Slab-derived fluids play a key role in subduction zone processes. They serpentinize the cold forearc mantle at shallow depths; and deeper, they trigger hydrous mantle melting beneath the arc volcanoes and sometimes at backarc basin (BAB) spreading center. Examining the composition of arc and BAB magmas helps understanding genesis of subduction-related magmas, nature and composition of their mantle sources and slab-derived fluids. However, investigating such processes at shallow subduction zones is challenging, because the cold forearc mantle generally does not melt. Here, I investigate an unusual region in the southernmost Mariana convergent margin in the Western Pacific, near the Challenger Deep. The SE Mariana forearc stretched to accommodate opening of the southernmost Mariana Trough ~5Ma ago, opening the SE Mariana forearc rift (SEMFR) and causing seafloor spreading ~2.7-3.7Ma ago. The subducted slab beneath SEMFR deepens from <50km to ~100km, thus studying SEMFR lavas provides a unique opportunity to understand shallow subduction processes. By examining the major and trace element composition, the Pb-Nd-Sr isotopic ratios and the volatile contents (H2O, CO2, Cl, S, F) of SEMFR basalts, associated glassy rinds and olivine-hosted melt inclusions (Ol-MI) collected during three cruises (YK08-08, YK10-12, TN273), I show that: (i) SEMFR lavas were produced by adiabatic decompression melting of depleted asthenospheric BAB-like mantle at ~30±6.6 km depth and 1224±40oC; (ii) Ol-MI represent hydrous melts trapped by forearc mantle olivines. Xenocrysts were entrained with SEMFR basalts during ascent; (iii) SEMFR mantle flowed from the forearc towards the arc volcanoes and was metasomatized by shallow aqueous fluids; (iv) SEMFR shallow fluids are more aqueous than the fluids released beneath the Mariana arc and Mariana BAB; (v) the aqueous slab-derived fluids and the volatile fluxes are greatest at ~50-100km slab depth, suggesting that the minerals from the subducting plate mostly broke down beneath the arc to release their fluids. Such results provide new insights into shallow subduction processes, as previous studies showed that volatile fluxes and aqueous slab-derived fluids should increase toward the trench.

Les roches volcaniques et plutoniques représentent une excellente fenêtre d'observation sur le manteau terrestre. Les études isotopiques sur le volcanisme océanique suggèrent un manteau actuel hétérogène, composé de pôles appauvris (DM, PREMA) et enrichis (EM1 et EM2) par rapport à la valeur initiale chondritique. En contexte continental, la contamination par la croûte participe largement à compliquer l'identification des réservoirs mantelliques dans la genèse d'une suite magmatique continentale. Cette thèse présente les résultats de deux études sur roches volcaniques/plutoniques appartenant respectivement à des dépôts volcaniques distaux jeunes (téphras) retrouvés dans une séquence de varves carbonatées des Alpes italiennes (Formation de Piànico, Alpes du Sud, Italie) et à une province ignée continentale ancienne (les Collines Montérégiennes, Québec, Canada). Le but commun à ces deux études est d'identifier et quantifier la contribution des sources magmatiques dans des situations « ambiguës » et difficiles d'interprétation, en utilisant le couplage des isotopes (isotopes radiogéniques et gaz rares) et des éléments majeurs et traces. Dans le premier cas (téphras de Piànico), l'ambiguïté dans la détermination des sources volcaniques est liée à la distance entre les dépôts (Alpes italiennes) et les sources présumées (Massif Central, France; Province Magmatique Romaine, Italie). Dans le deuxième cas (Collines Montérégiennes), la contamination crustale des magmas a masqué ou modifié sensiblement la signature isotopique originale de la source mantellique, rendant ambiguë sa détermination (manteau inférieur versus manteau supérieur). La thèse est composée de trois chapitres, chacun étant un article scientifique publié ou soumis dans une revue internationale avec comité de révision. Le premier article (publié en 2009 dans Quaternary International) traite d'une étude géochimique et isotopique (Nd-Sr) sur deux téphras jeunes, T21d et T32, retrouvés dans la séquence interglaciaire de Piànico (Italie). Le téphra rhyolitique T21d, précédemment daté par la méthode K-Ar à 779 ± 13 ka, semble provenir du complexe Mont Dore-Sancy dans le Massif Central français. Le téphra T32 représente les produits de la Province Magmatique Romaine, et plus particulièrement d'une éruption de l'un des centres éruptifs des Monts Sabatini, daté entre 802 ± 74 ka et 783 ± 77 ka. L'utilisation des systèmes isotopiques du Sr et Nd a permis d'établir un âge relatif des dépôts d'environ 780 ka pour les deux téphras, cohérent avec la datation K-Ar de T21 d ainsi qu'avec de récentes études paléomagnétiques sur la formation de Piànico qui ont montré une inversion de polarité assignée à la période Matuyama-Brunhes correspondant à la période interglaciaire MIS 19 du Pléistocène Moyen. Le deuxième article (en révision pour soumission dans la revue Lithos) fait l'objet d'une étude géochimique et isotopique sur des intrusions alcalines formant les Collines Montérégiennes. Le couplage des isotopes de Nd, Sr, Hf et Pb ainsi que l'étude géochimique des éléments majeurs et traces a permis de montrer pour la première fois l'implication du manteau lithosphérique sub-continental (SCLM) dans la formation de ces magmas. Les données des isotopes du Pb (207Pb/204Pb et 208Pb/204Pb) montrent clairement l'implication d'une composante qui pourrait être celle d'un manteau lithosphérique Archéen. Cette étude a permis de s'interroger sur les deux grandes hypothèses fournies dans les années 80 sur la formation des magmas des Montérégiennes: 1) un point chaud (impliquant des magmas issus d'un manteau inférieur) et 2) un rift continental (impliquant des magmas issus d'un manteau supérieur). L'hypothèse du point chaud est fortement ébranlée par les conclusions présentées dans l'article 2. On suggère que la formation des Montérégiennes soit le résultat de la réactivation du rift Ottawa-Bonnechère successive à l'ouverture de l'Océan Atlantique Nord. Le troisième article (en révision pour soumission dans la revue Chemical Geology) présente une étude sur les isotopes des gaz rares (4He et 36,38,40Ar) et les isotopes de l'azote (δ15N) analysés dans des clinopyroxènes et amphiboles séparés des roches mafiques des Montérégiennes. Les signatures isotopiques de l'Ar, He et N ont permis de mettre en évidence une source mantellique similaire à celle d’un manteau supérieur de type MORB ou bien de type SCLM, et d’exclure l’hypothèse d’une source mantellique profonde de type OIB (point chaud). On a en particulier mis en évidence pour la première fois une corrélation entre les isotopes de l'azote, les isotopes du plomb 208Pb/204Pb et 207Pb/204Pb) et certains rapports d’éléments traces (La/Nb et Ba/Nb), permettant ainsi de confirmer une source dominante de type SCLM. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Province des Montérégiennes (Québec), Rb-Sr, Sm-Nd, Lu-Hf, Pb commun, gaz rares (He-Ar), azote, manteau lithosphérique, Tépho-chronostatigraphie, Formation de Piànico (Italie), complexe Sancy -Mont-Dore, Province Magmatique Romaine.

Le 8 mai 1902, L'Eruption meurtrière de la montagne Pelée (MARTINIQUE) tua 30000 personnes et dévasta la ville de St Pierre, nous rappelant qu'il est un des volcans français les plus dangereux. Les produits pyroclastiques des derniers 10 000 ans de ce volcan témoignent de deux types d'éruptions : les éruptions pliniennes, aux colonnes éruptives de plusieurs Km de haut dont les dépôts sont très vésiculés ; et éruptions péléennes, caractérisées par l'extrusion d'un dôme de lave peu vésiculée qui s'écroule au cours de sa croissance en « nuées ardentes », le plus souvent de faible explosivité, mais pouvant être dramatiquement violentes comme le fût la déferlante du 8 mai 1902. Ces deux types éruptifs n'ont évidemment pas les mêmes conséquences en terme de risques volcaniques et de zones menacées. Déterminer le ou les facteurs(s) qui conduise(nt) vers l'un ou l'autre de ces deux types d'éruption est donc un enjeu important pour la compréhension générale des éruptifs des stratovolcans andésitiques et également pour la gestion de futures crises volcaniques de la Montagne Pelée. Le déterminisme entre une éruption plinienne ou péléenne peut être acquis par des différences de composition des magmas, par des différences des conditions pré-éruptives (pression, température, teneurs en volatils, fugacité d'oxygène) dans la chambre andésitique, ou au cours de l'éruption, pendant l'ascension des magmas dans le conduit magmatique (vitesse de montée dégazage du magma). Notre étude consiste à déterminer, par une étude lithologique des produits émis et par une étude expérimentale, les conditions pré-éruptives et les conditionséruptives des magmas pliniens et péléens de la période récente de l'édification de la Montagne Pelée.<br />Les équilibres de phase déterminés expérimentalement suggèrent que les conditions pré-éruptives des magmas pliniens et péléens de la période récente de la Montagne Peléesont comparables. Ces conditions pré-éruptives sont environ 2kb, 900°C, NNO+0.7, 5.5-6 % d'eau. Ceci révèle que les éruptions pliniennes et péléennes ne sont pas déterminées par des teneur en eau différentes des liquides silicatés dans la chambre magmatique. Le déterminisme en éruptions pliniennes et péléennes s'acquiert par conséquent au cours de l'ascensiondes magmas. les calculs théoriques de vésiculation et les expériences de dégazage montrent que les magmas péléens dégazent plus que les magmas pliniens. De plus, ce dégazage s'effectuerait en "système fermé" pour les magmas pliniens et en "système ouvert" pour les magmas péléens. Bien que ces différentes modalités de dégazage peuvent être acquises relativement tôt dans l'histoire de l'ascension du magma, les données pétrologiques suggèrent néanmoins que le magma garde une capacité à se vésiculer à proximité de la surface, permettant le passage brutal d'une phase péléenne à une phase plinienne.

Mafic magma is the most common magma erupted at the surface of the earth. It is generated from partial melting of the mantle, which has been subdivided into end-members based on unique geochemical signatures. One reason these end members, or heterogeneities, exist is subduction of lithospheric plates back into the mantle. The amount of elements, such as Cl and K, removed during subduction and recycled into the deep mantle, is poorly constrained. Additionally, the amount of volatiles, such as Cl, that are recycled into the deep mantle will strongly affect the behavior of the system. I have looked at Cl and K in HIMU source melts to see how it varies. Cl/Nb and K/Nb suggest that elevated Cl/K ratios are the result of depletion of K rather than increased Cl recycled into the deep mantle. After the mantle has partially melted and mafic melt has migrated to the surface, it usually erupts effusively or with low explosivity because of its low viscosity, but it is possible for larger eruptions to occur. These larger, Plinian eruptions, are not well understood in mafic systems. It is generally thought that basalt has a viscosity that is too low to allow for such an eruption to occur. Plinian eruptions require fragmentation to occur, which means the melt must undergo brittle failure. This may occur if the melt ascends rapidly enough to allow pressure to build in bubbles without the bubbles expanding. To test this, I have done decompression experiments to try to bracket the ascent rate for two Plinian eruptions. One eruption has a fast ascent, faster than those seen in more silicic melts, whereas the other eruption is unable to be reproduced in the lab, however it began with a increased viscosity in the partly crystallized magma. After fragmentation and eruption, it is generally thought that tephra do not continue to crystallize. We have found that crystallinity increases from rim to core in two basaltic pumice. Textural data along with a cooling model has allowed us to estimate growth rates in a natural system, which are similar to experimental data. / text

Improving our understanding of magma plumbing and storage remains one of the majorchallenges for petrologists and volcanologists today. This is especially true for explosivevolcanoes, where constraints on magma plumbing are essential for predicting dynamicchanges in future activity and thus for hazard mitigation. This study aims to investigate themagma plumbing system at Anak Krakatau; the post-collapse cone situated on the rim of the1883 Krakatau caldera. Since 1927, Anak Krakatau has been highly active, growing at a rateof ~8 cm/week. The methods employed are a.) clinopyroxene-melt thermo-barometry (Putirkaet al., 2003; Putirka, 2008), b.) plagioclase-melt thermo-barometry (Putirka, 2005), c.)clinopyroxene composition barometry (Nimis &amp; and Ulmer, 1998; Nimis, 1999; Putirka,2008) and d.) olivine-melt thermometry (Putirka et al., 2007). Previously, both seismic(Harjono et al., 1989) and petrological studies (Camus et al., 1987; Mandeville et al., 1996a;Gardner et al., in review, J. Petrol.) have addressed the magma plumbing beneath AnakKrakatau. Interestingly, petrological studies indicate shallow magma storage in the region of2-8 km, while the seismic evidence points towards a mid-crustal and a deep storage, at 9 and22 km respectively.This study shows that clinopyroxene presently crystallizes in a mid-crustal storage region(8-12 km), a previously identified depth level for magma storage, using seismic methods(Harjono et al., 1989). Plagioclases, in turn, form at shallower depths (4-6 km), in concertwith previous petrological studies (Camus et al., 1987; Mandeville et al., 1996a; Gardner etal., in review, J. Petrol.). Pre-1981 clinopyroxenes record deeper levels of storage (8-22 km),indicating that there may have been an overall shallowing of the plumbing system over thelast ~40 years. The magma storage regions detected coincide with major lithologicalboundaries in the crust, implying that magma ascent and storage at Anak Krakatau is probablycontrolled by crustal discontinuities and/or density contrasts. Therefore, this study shows thatpetrology has the sensitivity to detect magma bodies in the crust where seismic surveys faildue to limited resolution. Combined geophysical and petrological surveys offer an increasedpotential for the thorough characterization of magma plumbing at active volcanic complexes.

Meditation means awareness. It is a process inducing a series of steps, that leads to a state of consciousness which brings serenity and clarity. While the space we choose for meditating needs to reflect the state of clear mind, if possible, it should be isolated from the noisy city and in a natural pure land. This thesis investigates meditation theory and the natural context of Peggy’s Cove, as well as material and tectonic experiments, to design a New Meditation Centre in Peggy’s Cove, Nova Scotia. The design of the New Meditation Center proposes building as a new form of architecture, the form, material and construction of which engages the viewer to admire and respect our nature.