Les processus de fusion ont joué un rôle clé dans l'évolution de la Terre. Au cours des premiers stades de la formation de la Terre, de grandes quantités de chaleur ont été libérées par(i) l'énergie gravitationnelle lors de la ségrégation noyau-manteau, (ii) la désintégration radioactive et (iii) les collisions entre corps orbitant autour du Soleil (en incluant l'impact géant qui a formé la Lune). Tous ces évènements ont conduit à la fusion du manteau et à des épisodes d'océan magmatique. Ensuite, les processus complexes de cristallisation du manteau ont conduit à la ségrégation chimique entre les différents réservoirs terrestres. Ces phénomènes ont été contrôlés par les propriétés de fusion des matériaux qui constituent le manteau.La fusion partielle se produit encore aujourd'hui dans les différentes régions du manteau. Comme preuves, des zones de vitesses sismiques faibles (LVZ) ont été rapportées dans le manteau supérieur, pour des profondeurs allant de 80 jusqu'à 410 km, grâce à différentes études sismologiques et magnétotelluriques. La diminution de vitesse des ondes sismiques est compatible avec la fusion partielle du manteau. Toutefois, cette question reste la source de vifs débats. Les études expérimentales portant sur la fusion des matériaux du manteau montrent en effet que la température actuelle du manteau est insuffisante pour provoquer la fusion du manteau péridotitique (ou pyrolitique) dans le manteau supérieur. La fusion peut seulement se produire dans certaines conditions, à savoir (i) en présence d'une quantité importante d'éléments volatils, tels que l'eau ou le CO2, car ces éléments diminuent significativement la température de fusion, ou (ii) pour des changements importants de composition chimique, par exemple pour de la croûte océanique subduite dans le manteau.Dans une première partie de cette étude, nous avons effectué des expériences de fusion sur un verre homogène, de composition chondritique, comme analogue du manteau de la Terre primitive après la ségrégation du noyau. Nous avons effectué des études in situ de diffraction de rayons X et de spectroscopie d'impédance pour détecter les premiers stades de fusion. À l'aide d'une presse à multi-enclumes, nous avons reproduit des pressions jusqu'à 25 GPa en vue de déterminer la température de solidus du manteau supérieur primitif. Nos résultats suggèrent que les études précédentes qui utilisaient la méthode de la trempe ont surestimé le solidus d'environ 250 K. Les implications sont multiples. Tout d'abord, cela suggère que la fusion partielle pourrait avoir lieu plus facilement dans le manteau actuel qu'on ne le pensait initialement, en particulier lorsque des éléments volatils, tels que H, sont présents. Nous avons calculé l'effet de l'eau sur la température de solidus en fonction de la teneur en eau, en utilisant la relation cryoscopique. Nos résultats montrent que 500-600 ppm d'eau sont suffisantes pour abaisser la température de solidus jusqu'à la température actuelle du manteau. La présence d'eau dans le manteau pourrait donc expliquer les LVZ observées sismiquement.Une autre implication majeure concerne l'état du manteau supérieur au cours de l'Archéen. Des températures mantelliques 200 à 300 K plus élevées qu'aujourd'hui, comme le suggère la composition d'anciens basaltes et de komatiites, induiraient la fusion partielle à des profondeurs d’environ 200 à 400 km. Ainsi, une couche de matériau partiellement fondu pourrait avoir persisté pendant de longues périodes géologiques au milieu du manteau supérieur. Cette couche aurait entraîné le découplage dynamique entre les parties supérieure et inférieure du manteau, pour éventuellement inhiber la convection globale du manteau. Ensuite,avec le refroidissement séculaire, la disparition de cette zone partiellement fondue aurait pu induire, il y a environ 2.5 milliards d'années, une convection globale et la tectonique des plaques telle que nous l'observons aujourd'hui. (...) / Melting processes play a key role in the Earth’s evolution. In the early stages of theEarth's formation, large amounts of heat were released from (i) gravitational energy from coremantlesegregation, (ii) radiogenic decay and (iii) collisions with large-scale impactors (suchas the Moon-forming impact). This led to extensive mantle melting with eventual formation ofa magma ocean. Then, chemical segregation between the different terrestrial reservoirs resultedfrom the complex processes of mantle crystallization. These mechanisms were primarilycontrolled by thermal evolution of partially molten mantle. Partial melting however may stilloccurs today in different mantle regions. Evidences of low velocities zones (LVZ) in the uppermantle have been reported by different seismological and magneto-telluric studies, at a depthranging from 80 km down to the 410 km seismic discontinuity. The reduction in seismic wavevelocities reported is also consistent with the occurrence of partial melting. However, thismatter remains the source of a vivid debate.The experimental studies addressing melting of mantle materials show that the presentdaytemperature is not sufficient to induce melting of the bulk peridotitic or pyrolitic mantle,at all depths throughout upper mantle, transition zone and lower mantle. Melting can still arisein certain conditions, i.e. (i) in presence of significant amounts of volatile elements, such aswater or CO2, because it can decrease the melting temperature of silicate rocks by hundreds ofdegrees or (ii) for significant compositional changes, e.g. when the oceanic crust is subductedin the mantle.In this study, we performed melting experiment on a homogeneous glass withchondritic composition, a proxy for the primitive Earth’s mantle after core segregation. Weperformed in situ synchrotron X-ray diffraction and in situ impedance spectroscopymeasurements to detect the onset of melting during the experiments in a multi anvil apparatus,at pressures up to 25 GPa, in order to determine the solidus temperature of the primitive uppermantle. Our results show that previous studies overestimated the solidus by approximately 250K. The implication for a lower solidus are manifold. Firstly, partial melting could take place inthe mantle today at lower temperatures than previously believed, especially when volatileelements such as H are present. The variation of the solidus temperature as a function of watercontent was therefore calculated using the cryoscopic relation reported in previous studies. Ourresults show that 500-600 ppm of water are required to depress the solidus temperature enoughto cross the mantle geotherm at depths in which LVL are observed, which is compatible withthe reported maximum water storage capability of the upper mantle.Another major implication concerns the early state of the upper mantle. Mantletemperatures 200-300 K higher than today, as suggested from the composition of ancient nonarcbasalts and komatiites, would induce partial melting at depths from ~200 to ~400 km. Thus,a shell of partially molten material could have persisted in the upper mantle for long geologicaltimes. Such weak layer could have decoupled the convection in upper and lower part of themantle, possibly disabling the establishment of modern tectonic during the Archean. Then,upon secular mantle cooling, the final mantle crystallization at mid upper-mantle depths wouldhave drastically modified the mantle dynamics, inducing global mantle convection.In this work, the melting properties of the basaltic crust subducted in the lower mantleis also presented. Subduction of the oceanic lithosphere is thought to be a major responsiblefor mantle heterogeneities. At shallow depths, slabs undergo dehydration, which induces partialmelting of the mantle wedge and arc magmatism. (...)

Cette étude met en évidence le rôle de la subduction Pacifique dans la genèse des basaltes est- chinois à l’aide de la mesure de leur teneur en eau par infrarouge en transformé de Fourier (IRTF) et de leur composition isotopique en oxygène analysée par sonde ionique (SIMS). Les valeurs en δ18O des phénocristaux de clinopyroxènes (cpx) des basaltes de Shuangliao, varient entre 4.10‰ et 6.73‰. Elles suggèrent la présence d’une croûte océanique recyclée (ROC) dans la source magmatique. La forte valeur de la concentration en H2O et du rapport H2O/Ce de la source magmatique (0.90-3.06 pds.%, 158-737), suggère également la contribution de sédiments riches en eau à la source. Par contre, les basaltes de Wulanhada ont une teneur en eau nettement plus faible (0.21-0.69 pds.%). Leur δ18O élevé (5.49-7.38 ‰) et la corrélation du rapport H2O/Ce avec 87Sr/86Sr, Ba/Th, Nb/La, Nb/U et Ce/Pb indiquent clairement une contribution de sédiments déshydratés dans la source, en plus de la croûte (ROC). Dans les basaltes de Chaihe-aershan, le δ18O des cpx ainsi que la teneur en H2O initiale du magma varient sur une large gamme (4.27-8.57‰, 0.23-2.70 pds.%). À partir de la comparaison entre le δ18O des phénocristaux de cpx, H2O/Ce, Ba/Th et l’anomalie en Eu en roche totale, nous avons clairement identifié trois composantes distinctes dans la source magmatique : une croûte océanique supérieure avec des sédiments marins, une croûte océanique inférieure gabbroïque altérée et le manteau au voisinage de la source. Les mesures faites sur les basaltes ultra potassiques de Xiaogulihe révèlent des teneurs en H2O et des rapport H2O/Ce faibles (0.36-0.50 pds.%, ~15). Les valeurs en δ18O des phénocristaux d’olivine de ces basaltes, couplées à des valeurs basses en 206Pb/204Pb et relativement hautes en 87Sr/86Sr de la roche, suggèrent que l’origine de ces basaltes est très probablement liée à la présence de sédiments anciens fortement déshydratés, riches en potassium. / This work is focused on the role of the Pacific subduction on the genesis of the Cenozoic continental basalts in eastern China, based on the approaches of the water contents (analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)) and oxygen isotope compositions ( analyzed by Secondary ion mass spectrometry (SIMS)).The δ18O values of cpx phenocrysts in the Shuangliao basalts range from 4.10‰ to 6.73‰, which provides a strong evidence for the contribution of recycled oceanic crust (ROC) in the mantle source. Combined with the high H2O content and H2O/Ce ratios of the “primary” magma (0.90-3.06 wt.%, 158-737), the contribution of water-rich sediment component has also been suggested. Unlike the Shuangliao basalts, the Wulanhada basalts have lower H2O contents (0.21-0.69 wt.%). The high oxygen isotope compositions (5.49-7.38 ‰) and the correlations of H2O/Ce with 87Sr/86Sr, Ba/Th, Nb/La, Nb/U and Ce/Pb ratios indicate that the contributions of a significantly dehydrated sediments and ROC to the mantle source. In Chaihe-aershan basalts, the δ18O values of cpx phenocrysts and the H2O contents of “primary” magmas vary widely (4.27-8.57‰, 0.23-2.70 wt.%).Three components (altered upper oceanic crust and marine sediments, altered lower gabbroic oceanic crust, ambient mantle) have been identified in the mantle source based on the relations between δ18O values of the cpx phenocrysts, H2O/Ce and Ba/Th ratios and the Eu anomaly of bulk rock. For the Xiaogulihe ultrapotassic volcanic rocks, the estimated H2O contents and H2O/Ce ratios are low (0.36-0.50 wt%, ~15). Combined with the high δ18O values of olivine phenocrysts, the low 206Pb/204Pb ratios and moderately high 87Sr/86Sr ratios of the bulk rock, we concluded that highly dehydrated ancient sediments could be a most likely candidate for the K-rich component in the mantle source.

L’éon Archéen est marqué par un phénomène majeur dans l’histoire de la terre :la stabilisation de du manteau lithosphérique continental. Bien que le rôle réel de cette stabilisation en tant qu’acteur dans la géodynamique archéenne ne soit pas encore parfaitement établi, elle a joué un rôle important, par la suite, dans le développement et la préservation de la croûte continentale stabilisée sous la forme de cratons. L’isolement de cette lithosphère par rapport à l’asthénosphère convective a dû également avoir une incidence importante sur l’évolution du manteau et sur son régime thermique. Comprendre les processus qui ont formé et modifié le manteau lithosphérique sub-cratonique à l’Archéen est donc essentiel pour appréhender l’évolution géodynamique du globe terrestre. L’origine et l’histoire de ce manteau lithosphérique restent encore très controversées car bien qu’il ait été épargné depuis deux milliards d’années de toute tectonique active, les roches qui le constituent ont subi des rééquilibrages chimiques et/ou modaux suite à un ou plusieurs événements métasomatiques. Ce travail s’inscrit en grande partie dans cette problématique avec une étude détaillée des équilibres existant entre les différentes phases minéralogiques des péridotites inclues dans les kimberlites de Thaba Putsoa et de Letseng-la-Terrae (Lesotho). L’étude de ces équilibres minéralogiques nous permet de déterminer les phases qui résultent (ou ont été modifiées) d’un phénomène métasomatique, et inversement d’en apprendre sur la nature de celui-ci. Le traitement des données pétrographiques, géochimiques et thermodynamiques a établi que la partie du manteau lithosphérique archéen échantillonnée à Letseng et de Thaba Putsoa ne peut pas être considérée comme homogène et à l’équilibre. On démontre qu’au moins deux épisodes de métasomatisme aux caractéristiques chimiques distinctes ont affecté successivement ces roches. Bien que trois grandes familles de péridotites ont été décrites, l’hypothèse d’un protolithe commun de type harzburgite subcalcique a été proposée pour l’ensemble de la lithosphère archéenne profonde. Ceci implique que tous les clinopyroxènes présents dans ces péridotites soient d'origine secondaire. La question de la validité des modèles thermodynamiques reposant sur le principe d’un équilibre du clinopyroxène avec les autres minéraux se pose dès lors. Cela nous a conduits dans la seconde partie de la thèse à commencer le développement d’un nouvel outil thermodynamique se basant sur une phase minérale plus stable comme l’orthopyroxène. Pour ce faire, un nouveau protocole d'inversion a été proposé permettant la détermination d'un modèle de solution fiable pour cette phase. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les laves alcalines continentales dérivent de magmas mantelliques, riches en éléments volatils, et se sont mises en place, soit dans un environnement orogénique, à proximité des zones de subduction, soit dans un environnement intracontinental éloigné de toute zone de subduction active. Leur genèse implique la fusion partielle des sources mantelliques soit à des profondeurs relativement faibles (<150 km), soit à plus grandes profondeurs (> 150 km) pouvant même atteindre le sommet de la zone de transition du manteau. Au niveau du plateau turco-iranien, les laves alcalines d'âge inférieur à 80 Ma présentent des signatures géochimiques pointant vers deux types de sources, c'est-à-dire des sources influencées par la subduction et d'autres intra-plaques (" OIB-like basalts "). Sur la base de la teneur en SiO2 et de l'indice d'alcalinité, les laves peuvent être regroupées en trois types principaux, les groupes I, II et II. Les groupes I et II sont des laves potassiques/ultra-potassiques et alcalines sodiques avec des compositions chimiques soit influencés par la subduction soit de type OIB, alors que les laves du groupe III ont une composition transitoire entre les séries fortement potassiques calco-alcalines à alcalines dont la composition est influencée par les processus de subduction. En particulier, la chaîne de Salavat, située au nord-ouest de l'Iran, est caractérisée par des laves (coulées, "pillow-lavas") présentant une population abondante de macrocristaux de clinopyroxène zonés. La comparaison des variations de la composition chimiques de ces cristaux zonés avec les éléments majeurs et traces sur roche totale montre que les différentes populations de clinopyroxènes zonés sont représentatives des magmas du groupe I et / ou II. Notre synthèse des images les plus récentes de tomographie sismique montre la présence d'un grand ensemble de corps elliptiques à faible vitesse sismique, d'une taille d'environ 100 km, que nous avons appelés " Poche de compaction ", dispersés entre ~ 400 km et 100 km de profondeur. Un modèle est développé montrant que la faible vitesse sismique des " Poche de compaction " résulte de la percolation et de la concentration dans ces grandes poches, de magmas riches en éléments volatils libérées à environ 410 km de profondeur dans le "Big Mantle Wedge". Ces magmas riches en éléments volatils interagissent avec le manteau environnant à une température inférieure de ~ 100 à 200 ° C à celle de l'adiabat mantellique subcontinental habituel, ce qui entraîne finalement la précipitation de phases minérales hydratées et carbonatées à ~ 8 -6,5 GPa, la fusion partielle du manteau métasomatisé, entre 6,5 GPa et 4 GPa, et enfin la précipitation de phases minérales hydratées / carbonées en dessous de 4 GPa. L'extraction de ces magmas s'effectue par l'intermédiaire d'un essaim de dykes qui se déclenche lorsque le sommet du Poche de compaction traverse successivement ces profondeurs critiques: ~ 240 km (8 GPa), ~ 165 km (5,5 GPa) et ~ 135 km (4,5 GPa). Il est montré que les trois groupes de laves (groupe I, II et III) peuvent être liés à ces trois événements successifs d'extraction à l'état fondu. Il est frappant de constater que la zonation des cristaux de clinopyroxène dans les laves de Salavat peut être représentative d'un magma du groupe I transporté par un dyke généré à 240 km de profondeur, qui se met en place près de la transition spinelle-grenat dans le manteau supérieur où il cristallise partiellement. Environ 0,3 Ma plus tard, lorsqu'un filon produit à 135 km de profondeur transportant un magma du groupe II traverse cette interface, il piège un assemblage partiellement cristallisé du magma du groupe I. Par la suite, ces deux magmas mélangés peuvent se mettre en place dans les niveaux superficiels froids de la croute où ils se solidifient simultanément. Ceci explique pourquoi les cristaux zonés de clinopyroxènes sont en équilibre avec différents types de magmas alcalins. / Continental alkaline lavas are volatile-rich mantle derived magmas erupted either in orogenic setting, close to subduction zones, or in intracontinental setting far away from any active subduction zone. Their genesis involves partial melting of mantle sources either at shallow depths (< 150 km) or either at greater depths (> 150 km) down to the top of the Mantle Transition Zone. In the Turkish-Iranian Plateau, alkaline lavas younger than 80 Ma have geochemical signatures pointing to both types, i.e. subduction-influenced and intraplate (Oceanic Island Basalt-like). Based on SiO2 content and alkalinity index, the lavas can be grouped into three main types, group I, II and II. Groups I and II are ultrapotassic-potassic and sodic alkaline lavas with subduction-influenced and Oceanic Island Basalt-like chemical patterns, respectively whereas group III lavas have a transient composition between high-K calc-alkaline to calc-alkaline series with subduction-influenced chemical patterns. Particularly the Salavat Range, located in NW Iran, is characterised by lavas (flow, pillow structures dykes) displaying an abundant population of zoned clinopyroxene macrocrysts. A combination of mineral chemistry of the zoning patterns with the bulk rock major and trace element features evidence that the different populations of zoned clinopyroxene are representative of melts of group I and/or II. Our synthesis of the most recent available seismic tomography images show the presence of a large set of elliptic, ~100 km size, low velocities bodies, we named "Compaction pockets", scattered from ~400 km up to ~ 100 km depth. A model is developed showing that the low velocity of the compaction pockets result from the percolation and concentration into large pockets of volatile-rich melt liberated at ~ 410 km depth in the "Big Mantle Wedge". It is shown to result from interaction of volatile-rich melts with the surrounding mantle at a temperature ~100-200 °C lower than the usual sub-continental mantle adiabat, which eventually results in the precipitation of hydrated and carbonated mineral phases at ~8-6.5 GPa, partial melting of metasomatized mantle at 6.5 down to 4 GPa and finally in the precipitation of hydrated/carbonated phases below 4 GPa. Melt extraction occurs via swarm of dykes triggered when the top of the compaction pocket successively crosses these critical depths: ~240 km (8GPa), ~165 km (5.5 GPa) and ~135 km (4.5 GPa). It is shown that the three groups of lavas (group I, II and III) may be linked to these three successive melt extraction events. Strikingly, the clinopyroxene zonings recorded in the Salavat Range lavas may be representative of group I melt transported by a dyke generated at 240 km depth which pond close to the spinel-garnet mantle transition and eventually partially crystalized there. About 0.3 Ma later, when a 135 km deep dyke transporting a group II melt crosses that last interface, it traps partially crystalized assemblage of group I melt. Thereafter, the couple of mantle-derived melts may pound in a cold horizon where they simultaneously solidify and can explain the formation of clinopyroxene zonings in equilibrium with different alkaline melts.

Certaines études séismiques du manteau supérieur, menées sous le Bouclier Canadien, indiquent la présence d'anomalies de faible vitesse à l'intérieur de la lithosphère de la région. Le manque de couverture vers l'est et le sud-ouest empêchait auparavant la conscription de la géométrie 3D de ces anomalies. L'ajout de plusieurs stations au Québec et aux États-Unis permet une nouvelle analyse des structures de vitesse séismique par l'utilisation de la tomographie des ondes P. Ce nouveau réseau couvre un territoire d'environ 1750 par 1550 kilomètres répartis sur trois provinces géologiques soit, le Supérieur, le Grenville et les Appalaches. De cette manière, il a été possible de mieux comprendre la complexité mantellique de l'est de l'Amérique du Nord. Les temps d'arrivée relatifs des ondes P furent calculés par la méthode de corrélation croisée à canaux multiples de VanDecar et Crosson (1990). Les structures de vitesse séismique furent ensuite déterminées à partir d'une inversion tomographique des temps d'arrivée résiduels relatifs selon la méthode de VanDecar (1991). L'analyse du modèle résultant montre la présence de caractéristiques lithosphériques semblables entre les provinces du Supérieur et de Grenville, toutes deux d'âge précambrien. Elle montre également une lithosphère beaucoup plus mince sous la Province des Appalaches, d'âge paléozoïque. De plus, l'asthénosphère située sous cette dernière a une vitesse moyenne beaucoup plus faible que celle située sous la lithosphère précambrienne. Cela est peut-être dû à la déshydratation d'une plaque en subduction. La délimitation d'un corridor de faible vitesse positionne assez bien l'emplacement des provinces ignées associées au passage du point chaud Great Meteor. Il est également possible d'observer des traces de plaques en subduction à deux endroits. La première plaque se trouve dans la lithosphère sous la Province d'Opatica et semble reliée au processus d'accrétion de la Province du Supérieur. La seconde, quant à elle, se trouve dans le manteau inférieur et pourrait constituer la plaque Farallon, en subduction à partir de la marge ouest du continent. Enfin, cette étude a permis d'affirmer l'importance de deux processus ayant contribué au remodelage du manteau sous l'est de l'Amérique du Nord soit, la subduction et l'interaction de la lithosphère continentale avec un point chaud. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Tomographie, séismologie, modélisation, manteau, Amérique du Nord

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine générale : Nancy 1 : 2002. / Thèse : 02NAN11020. Titre provenant de l'écran-titre.

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

Le socle de Finlande orientale est composé de trois grands ensembles archéens, caractéris'tiques des associations "Granites-greenstones" : - des gneiss gris (2,9 à 2,7 Ga) - une ceinture de roches vertes (2,65 Ga) - des granitoides tardifs (2,5 - 2,4 Ga). Ce travail a porté sur l'étude du magmatisme de la ceinture de roches vertes de Kuhmo-$uomussalmi et correspond à un volet d'une démarche visant à reconstituer la genèse et l'évolution de la croûte continentale archéenne. La ceinture de Kuhmo-$uomussalmi est formée par deux grands ensembles magmatiques d'importance volumétrique très inégale : (1) un cycle volcanique inférieur basique et ultrabasique est constitué de deux lignées magmatiques distinctes respectivement de nature komatiitique et tholéiitique; il se présente sous la forme de coulées à texture spinifex, de cumulats, d'amphibolites, de gabbros, de laves en coussins et de rares formations bréchiques; (2) un cycle récent, essentiellement tuffacé, est d'extension limitée, chimiquement intermédiaire à acide et de nature calco-alcaline. Parmi les résultats principaux, on peut retenir que: 1) au sein des komatiites, l'étude des caractères texturaux et chimiques des olivines et des clinopyroxènes permet de conclure à leur origine métamorphique. Il est montré de plus, que le développement des minéraux serpentineux s'effectue en trois étapes successives. 2) la dualité komatiite-tholéiite est expliquée par des mécanismes distincts de fusion partielle du manteau archéen. Les taux de fusion élevés donnent des liquides komatiitiques et les taux faibles engendrent les tholéiites. Ces liquides évoluent ensuite par cristallisation fractionnée. 3) la reconstitution géodynamique met en évidence des mécanismes spécifiques à l'Archéen. En effet, sur une croûte continentale gneissique de faible densité se sont épanchées les laves komatiitiques très denses créant ainsi un gradient de densité inverse. Ces laves ont tendance à s'enfoncer dons la croûte, évoluant ainsi par diapirisme inverse ("sagduction"). 4) toutes ces données permettent de déboucher sur une interprétation des relations croûte-manteau à l'Archéen dans le Bouclier baltique.

Les travaux présentés portent sur les étapes successives qui ont conduit au développement dans les années 1980 d'un modèle numérique qui simule l'évolution temporelle d'un manteau neigeux saisonnier en fonction des conditions météorologiques. Une première partie décrit le développement d'un modèle de neige multi-couches qui calcule les échanges d'énergie entre la neige et l'atmosphère et simule les principaux processus physiques qui contrôlent les échanges au sein du manteau neigeux.Une deuxième partie décrit comment ont été quantifiées les lois de métamorphose de la neige humide et de la neige sèche soumise à un faible gradient de température, de façon à compléter les connaissances existantes et proposer un jeu relativement complet de lois de métamorphoses de la neige saisonnière. Une troisième partie décrit l'implémentation de ces lois dans le modèle numérique, permettant ainsi de simuler la stratification du manteau neigeux, fonctionnalité qui n'existait dans aucun autre modèle à cette époque. Une évaluation détaillée de ce modèle sur le site du Col de Porte est présentée. La dernière partie introduit trois applications originales qui ont ensuite exploité les fonctionnalités de ce modèle : la simulation en temps réel de l'état caractéristique du manteau neigeux dans les Alpes françaises, l'étude de l'impact du changement climatique sur l'enneigement et la simulation de l'état du manteau neigeux dans un modèle hydrologique distribué / The thesis describes the different steps which lead during the 1980's to the development of an original numerical snow model. This model aimed at simulating the evolution of a seasonal snow cover as a function of the prevailing meteorological conditions. A first part describes the methods and algorithms used to compute the energy and mass exchange at the snow/atmosphere interface and inside the snowpack. The second part describes the experimental study which made possible the quantification of the metamorphism rate of snow samples submitted to weak temperature gradient and to liquid water content, in order to complete pre-existing knowledge on metamorphism. A third part describes the implementation of a set of metamorphism laws into the preliminary version of the snow model, which lead to the availability of the first numerical model able to simulate seasonal snowpack layering. The evaluation of the model at Col de Porte is presented. The last part introduces three applications of this model: real time monitoring of snowpack characteristics in the French Alps, assessment of the impact of climate change on snow climatology and simulation of the snowpack in a distributed hydrological model

Les processus de déformation contrôlant l'amincissement de la lithosphère continentale sont encoremal contraints. Nos connaissances sont principalement basées sur la modélisation thermomécaniqued'extension à l'échelle de la lithosphere—utilisant des lois rhéologiques derivées expérimentalement,l'imagerie géophysique et l'analyse de xénolithes provenant de rift continentaux actifs à ce jour, tels quele Rift Est-Africain. L'originalité de ce travail reside dans l'étude des deux plus grands massifs depéridotites sous-continentales ayant enregistrées des conditions primaires du facies à diamant: lesmassifs de Beni Bousera au nord du Maroc et de Ronda au sud de l'Espagne, respectivement. Lesstructures et la zonation petrologique et métamorphique —impliquant une évolution polybarique etpolythermique— préservéees dans ces massifs offrent une opportunité unique pour étudier l'évolutionthermo-mécanique du manteau sous-continental dans un contexte extensif.Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes de déformation des péridotites et despyroxénites afin de contraindre les modes d'exhumation du manteau lithosphérique sous-continental,depuis des conditions du facies des lherzolites à grenat, jusqu'au facies à spinelle et enfin à plagioclase.Nous avons combiné la cartographie des faciès tectono-métamorphiques et des structures ductiles dedéformation, l'analyse des microstructures, la mesure d'orientations préférentielles de réseau (OPR), etla géothermobarométrie conventionelle couplée à la modélisation thermodynamique (PerpleX) afin decontraindre les conditions de pression et température de la déformation. Nous avons montré quel'exhumation précoce du facies à grenat au facies à spinelle était accomodée par une faille transtensiveaffectant le manteau lithosphérique. Dans ce contexte, la zonation tectono-métamorphique et legradient thermique important (ca. 100ºC/km) préservés à Beni Bousera résultent de la juxtapositionmécanique de domaines lithosphériques initialement équilibrés à différentes pressions et températures,fossilisée à une profondeur de ca. 60 km durant l'Oligocène supérieur (ca. 25 Ma). L'exhumation finaledu facies de lherzolite à spinelle au facies à plagioclase et l'emplacement final dans la croûte, mieuxenregistrés dans Ronda, se sont produits par inversion et plissement de la section lithosphériquefortement amincie dans un contexte arrière-arc, probablement lors du retrait vers le sud de lalithosphère subduite et la collision de l'arc avec les paléo-marges maghrébines au Miocène inférieur(21-23 Ma). / The mantle deformation processes that control the thinning and break-up of continentallithosphere remain poorly understood. Our knowledge is restricted to either lithospheric scalethermo-mechanical models —that use experimentally derived flow laws—, geophysicalimaging and/or rare xenoliths from active continental rifts, such as the East African Rift System.The originality of this work relies on the study of the two largest outcrops of diamond faciessubcontinental lithospheric mantle in the world: the Beni Bousera and Ronda peridotite massifsin N Morocco and S Spain, respectively. The structures and petrologic and metamorphic zoningpreserved in these massifs —implying a polybaric and polythermal evolution— provide aunique opportunity to investigate the thermo-mechanical evolution of thick subcontinentallithospheric mantle in extensional settings.In this thesis we studied the deformation mechanisms in both peridotites andpyroxenites to constrain the modes of exhumation of subcontinental lithospheric mantle fromgarnet-, to spinel-, and finally, to plagioclase lherzolite facies conditions. We combined fieldmapping of tectono-metamorphic domains and structural mapping of ductile structures,microstructural analysis, crystal preferred orientations (CPO) measurements and conventionalthermobarometric calculations and thermodynamic modeling (Perple_X) to unravel the pressureand temperature conditions of deformation. We showed that exhumation from garnet- to spinellherzolite facies conditions was accommodated by fast shearing —in thermal disequilibrium—along a lithospheric scale transtensional shear zone. In this context, the petrological zoning andthe large temperature gradient (ca. 100ºC/km) preserved in the Beni Bousera massif representthe mechanical juxtaposition of progressively deeper and hotter lithospheric levels at depths ofca. 60 km in the latest Oligocene (ca. 25 Ma). Final exhumation from spinel- to plagioclasefacies lherzolite and emplacement into the crust is best recorded in the Ronda massif where itoccurred by inversion and lithospheric scale folding of the highly attenuated continentallithosphere in a back-arc region, probably in relation with southward slab rollback andsubsequent collision with the palaeo-Maghrebien passive margin in the early Miocene (21-23Ma).