Le Rift Est Africain (REA) s'étend sur 3500 km du triangle des Afars au golfe du Mozambique et recoupe les hauts plateaux de l'Afar et de l'Afrique de l'Est, considérés comme l'expression morphologique liée à la présence en profondeur de panache(s) mantellique(s) Cénozoïque(s). C'est actuellement le plus bel exemple observable sur Terre de rift magmatique « actif ». La cinématique extensive associée à la branche Est du REA, magmatique, s'est initiée vers 30 Ma en Afar, puis a évoluée vers le Sud, en impliquant de multiples cellules de propagation centrées sur le dôme du Kenya, pour atteindre l'extrémité Sud du rift kenyan vers 8 Ma. Située à ce niveau, la Divergence Nord Tanzanienne (DNT) se caractérise par des changements importants dans l'expression de surface du rifting , passant d'une vallée axiale Nord-Sud unique à trois branches divergentes (d'Ouest en Est : Eyasi, Natron-Manyara et Pangani). Dans ces dernières, la déformation est plus diffuse, principalement dominée par des systèmes de blocs basculés où l'héritage structural est prépondérant. Associé à ce changement structural, se met en place une chaîne volcanique Néogène d'orientation Est-Ouest, d'environ 200 km de long, dans laquelle on trouve des édifices volcaniques majeurs tels le Ngorongoro, le Mont Meru ou le Kilimandjaro.<br />Ce travail de thèse présente les résultats de l'étude volcano-structurale menée sur cette zone de rift divergent. L'originalité de notre approche provient de la combinaison d'outils complémentaires (terrain, pétrologie, radiochronologie, géochimie isotopique Sr-Nd et des éléments en traces), appliquées à une zone clé du REA. Ainsi, à l'échelle des principaux volcans de la DNT, et particulièrement pour le Ngorongoro et le Mt Meru, nous avons pu reconstituer leur activité Plio-Quaternaire en précisant les mécanismes de mise en place de leurs principales formations volcaniques. Cette approche locale a été étendue à l'échelle régionale en synthétisant les données radiochronologiques existantes, complétées par six nouveaux âges K-Ar. Nous avons ainsi pu reconstituer l'histoire volcano-tectonique de la DNT et proposer un modèle d'évolution spatio-temporel du volcanisme depuis 8 Ma. Ce dernier met en évidence une migration de l'activité magmatique vers l'Est entre 8 Ma et l'actuel avec une activité généralisée dans l'ensemble de la DNT à 2,5 Ma, qui accompagne l'extension de la déformation vers la branche de Pangani. Le Kilimandjaro, édifice majeur à l'échelle du Rift Africain, constitue le cœur de ce travail. La détermination de dix sept nouveaux âges K-Ar a permis de contraindre dans le temps les processus volcaniques ayant affecté les trois centres le constituant, et plus particulièrement le centre principal de Kibo pour lequel nous parvenons à reconstituer les dernières phases d'édification entre 492 ka et 165 ka. Grâce à l'approche pétrologique et géochimique réalisée sur les laves du Kilimandjaro, nous proposons un modèle d'évolution des sources mantelliques de ces magmas, en montrant qu'ils sont issus de la fusion partielle d'une source lithosphérique hétérogène à amphibole et grenat résiduels, ayant acquis ses caractéristiques géochimiques au cours de deux épisodes métasomatiques distincts : un premier, probablement d'âge Précambrien, et le deuxième, Plio-Quaternaire, provoqué par la percolation des magmas formés au sein du panache asthénosphérique sous-jacent. La généralisation de cette approche à l'échelle de la DNT, pour les laves primitives d'âges < 1 Ma, met en évidence des différences dans les processus pétrogénétiques à l'origine du magmatisme de cette région. Si sa manifestation, à l'Est de la DNT, présente des compositions caractéristiques d'une fertilisation de la lithosphère par l'activité sub-actuelle d'un panache, les laves émises à l'Ouest comportent des signatures géochimiques héritées d'un manteau lithosphérique métasomatisé au Précambrien, en accord avec les résultats obtenus sur les enclaves mantelliques. Le type de métasomatisme, sa localisation et sa période d'activité sont certainement liés à l'héritage structural, et particulièrement au positionnement relatif des blocs cratoniques Archéen et des zones transverses affectant les ceintures orogéniques Protérozoïques.