Apesar da existência de vários estudos geológicos detalhados no segmento norte do Andes, muitos aspectos estão ainda por serem resolvidos, principalmente aqueles concernentes ao tipo, grau e evolução metamórfica, ambiente tectônico de formação e correlação com margem paleozóica do continente Gondwana e com os terrenos mesozóicos oceânicos. A Cordilheira Central dos Andes Colombianos, é representada por um complexo polimetamórfico com magmatismo associado e uma fina pilha de sedimentos suprajacente em algumas partes da cordilheira. O embasamento desta cordilheira é principalmente composto por rochas metamórficas e por isto a sua compreensão deve ser feita a partir do entendimento dos processos de metamorfismo que afetaram a área. Na Cordilheira Central, a caracterização dos distintos processos geológicos, tem sido interpretada em termos de eventos orogênicos em escala regional, pelo que muitas incongruências são percebidas na aplicação dos diferentes modelos e o análise detalhado da evolução metamórfica permitiria separar os diferentes eventos e a possibilidade de reconstruir as condições de pressão e temperatura (P-T) da crosta, podendo definir a natureza do ambiente tectônico assim como a relação entre as unidades. Nos arredores da cidade de Medellín (municípios de Caldas e El Retiro) afloram rochas metamórficas com protólitos básicos e pelíticos (Anfibólio Xistos de Caldas e Xistos de Ancón), com alguns aportes de material granítico, às vezes metamorfisado (Gnaisse de La Miel). Outro conjunto de rochas metabásicas e metapelíticas associadas apresenta-se ao oriente destas unidades. Este conjunto de rochas é nomeado Anfibolitos, Migmatitos e Granulitos de El Retiro. A termobarometria nos Anfibólio Xistos de Caldas indicam condições de pressão e temperatura próprias da facies anfibolito e descrevem uma trajetória em sentido antihorário sem ficar claro o caminho de regresso das condições de retrometamorfismo. As pressões nestas rochas variam entre ~6.3 e 13.5 Kb com variações relativamente estreitas da temperatura, com valores que estão entre ~550 e 630ºC. No caso dos Xistos de Ancón, a trajetória resultante é em sentido anti-horário e reflete aumentos de temperatura evidenciados na petrografia pela presença de sillimanita e o regresso da trajetória é pela zona da cianita. As temperaturas neste conjunto variam entre ~400 e 555ºC para pressões constantes de 5 e 6Kb en condições de metamorfismo progressivo. O retrometamorfismo apresenta pressões entre ~7.6 e 7.2Kb com temperaturas ~645 e 635ºC, além de temperaturas entre ~500 e 600ºC com pressão constante de 6Kb. No conjunto de rochas de El Retiro, apresenta-se uma forte descompressão com variações estreitas no campo da temperatura, apresentando valores de pressão entre ~8.7 e 2.7Kb com variação na temperatura de ~740 e 633ºC. As unidades conhecidas como Anfibólio Xistos de Caldas, Xistos de Ancón e Gnaisse de La Miel, evidenciam uma historia metamórfica comum de processos de tipo colisional. Os Anfibólio Xistos de Caldas e os Xistos de Ancón poderiam representam fragmentos de crosta oceânica com sedimentos pelíticos intercalados, a qual foi exumada, além de ter um corpo metagranítico relacionado (Gnaisse de La Miel) cuja geoquímica evidencia seu caráter colisional. Este corpo granítico pode ser o resultado do metamorfismo ou do processo de exumação que afetou a região e gerou o pacote de xistos ou pelo menos começou fazer parte da história geológica da área logo depois da formação dos xistos. As rochas de El Retiro (Anfibolitos, Migmatitos e Granulitos de El Retiro) sugerem que seja um bloco que colidiu com as de Caldas (Anfibólio Xistos de Caldas, Xistos de Ancón e Gnaisse de La Miel) e a partir de então têm uma história conjunta, no mínimo, a partir do Triássico, como é indicado pela geocronologia e pela ausência de estruturas regionais entre estas unidades. Finalmente um possível processo de rifteamento que da origem a pontos restritos de calor e que geram as rochas em facies granulito, assim como estruturas de cisalhamento mais marcadas em alguns litotipos. / In spite of the existence of several detailed geological studies in the northern segment of the Andes Cordillera, many aspects are still to be resolved, mainly those concerning the type, grade and metamorphic evolution, tectonic setting formation and correlation with the Palaeozoic margin of Gondwana and with Mesozoic oceanic terranes. The Central Cordillera is represented by a polimetamorphic complex with associated magmatism, and a thin pile of cover sediments in some parts of the mountain range. The basement of the Central Cordillera is mainly constituted by metamorphic rocks and for that its comprehension should be done from the understanding of the metamorphism that affected the area. In the Central Cordillera, the characterization of the different geological processes has been interpreted in terms of orogenic events in regional scale, however, a lot of incongruities are perceived in the application of the different models, and the detailed analysis from the metamorphic evolution would permit the separation distinct events and the reconstruction possibility of the crusts pressure and temperature (P-T) conditions, being able to define the nature of the tectonic setting, as well as the relation among the units. In the surroundings of the city of Medellín (Caldas and El Retiro cities) occur metamorphic rocks with basic and pelitic protolites (Amphibole Schist of Caldas and Schists of Ancón), with some contributions of granitic material, sometimes affected by metamorphic processes (Gneiss of La Miel). Another group of metabasic and metapelitic rocks associated is observed to the east of these units. This group is named Amphibolites, Migmatites and Granulites of El Retiro. The group Amphibole Schist of Caldas and Schists of Ancón could be formed in an distal environment and under reduct conditions and later inserted to the continent by a possible subduction zone. El Retiro rocks could be correspond to the continental basement of the area and it leaves of them it can correspond to impure sediments, of continental margin, formed under high grade metamorphic conditions. The metamorphism in these last rocks was more intense, originating the rocks in the granulite facies in portions of the crust in which the partial pressure of H2O was relatively lowers, as well as of migmatites, result of the anatexis of quartz-feldspatic composition rocks, in places which the partial pressure of H2O was higher. This metamorphism was accompanied of intense deformation, which to have juxtaposed both migmatites and granulites blocks. Therefore later there was intense interaction fluid-rock, as well as restricted points of heat caused by igneous intrusions and that are responsible for the variations in the size of grain of the minerals and especially by the fortress retrometamorphic reequilibrium and by the fluids transport. Thermobarometric data in Amphibole Schist of Caldas indicate pressure and temperature conditions of the amphibolite facies and they describe a counterclockwise path, with no precise retrometamorphic P-T-t trajectory. The pressures in these rocks vary between 6.3 and 13.5Kb with narrow variations of the temperature, with values between ~550 and 630ºC. In the case of the Schists of Ancón, the result is a counterclockwise path and it reflects increases of temperature evidenced by the occurence of sillimanite and the return of the path to the kyanite zone (amphibolite facies). The temperatures in this group vary between ~400 and 555ºC for constant pressures of 5 and 6Kb in prograde metamorphic conditions. The retrometamorphism presents pressures between ~7.6 and 7.2Kb with temperatures aproximately between ~645 and 635ºC, besides temperatures between ~500 and 600ºC with constant pressure of 6Kb. The El Retiro set presents a strong decompression with narrow variations in the temperature field, showing pressure values between ~8.7 and 2.7Kb with temperatures of ~740 and 633ºC.

The heterogeneity of the continental crust has a first order control on the dynamics of plate tectonic processes and the compositions of the Earth in both time and space. Heterogeneity can be characterized at a variety of scales and in a multitude of tectonic environments, but it is the links between seemingly disparate tectonic settings and crustal levels that are critical in understanding construction of the continents. The focus of this dissertation work is to apply microtextural, microgeochemical, whole rock geochemical and traditional petrographic techniques to study features in both deep and shallow crustal igneous rocks. The goal of these efforts is to better understand the roles that magmatic processes, mafic-felsic magma interaction, and partial melting have on the evolution of continental crust. Two principal field areas were selected, the Gouldsboro pluton in coastal Maine and the Fehr granite in northern Saskatchewan, Canada, because they each represent end-members of the processes involved with the generation, modification, transport, and emplacement of magmas that build continental crust. Evidence for bimodal magmatism preserved in the Silurian age Gouldsboro pluton has led to a refined model for the construction of shallow crustal magma chambers. Research efforts focused on the Neoarchean Fehr granite and Paleoproterozoic Chipman dike swarm have contributed to the current understanding of the links between high temperature metamorphism (migmitization) and the production of new felsic magmas as well as the rheological and chemical influences of mafic-felsic magma interaction in the deep crust. The results of these combined field and laboratory efforts have demonstrated the important role of mafic-felsic magma interaction on the strength and composition of both deep and shallow continental crust and have contributed to the current understanding of the complex links between deep crustal heterogeneity and bimodal magmatism at shallow crustal levels.

Les zones de collision continentale présentent à la fois un champ de déformation en raccourcissement et des anomalies thermiques susceptibles de faire fondre partiellement la croûte. Ainsi, la ségrégation du liquide de fusion de sa source est un processus dynamique que nous avons modélisé de façon analogique en utilisant une cire de paraffine partiellement fondue. L'analogie avec les migmatites est assurée par la structure foliée de la cire, les contrastes de viscosité entre liquide et solide et par le rapport entre les forces dues à la charge lithostatique et les forces nécessaires au raccourcissement horizontal. Le dimensionnement des expériences autorise l'application des résultats à des objets naturels dont les échelles sont comprises entre la dizaine de centimètres et la centaine de mètres. Le raccourcissement horizontal d'environ 30 à 40% de couches horizontales montre que le plissement s'accompagne de l'ouverture de veines parallèles à la foliation permettant la ségrégation du liquide. Alors que celle-ci a lieu par compaction de la matrice à l'échelle microscopique, la migration du liquide fonctionne grâce aux gradients de pression qui naissent des changements de géométrie du réseau macroscopique de veines. Etant lié à une progression continue de la déformation, ces processus s'arrêtent avec la fin du raccourcissement. Les veines se concentrent soit dans les flancs, soit dans les plans axiaux, rendant la distribution du liquide hétérogène. Dans ces zones, la diminution de la résistance localise la déformation et amplifie en conséquence le taux d'extraction. Les structures visibles sur un affleurement de migmatites étudié dans la chaîne hercynienne sont cohérentes avec les résultats expérimentaux. De plus, cet affleurement montre une grande quantité d'enclaves auréolées de leucosomes. Le rôle de l'hétérogénéité mécanique sur le collectage du liquide est mis en évidence et expliqué analogiquement et numériquement par la perturbation locale du champ de pression.

Analyse du massif cristallin de l'Argentera : sous l'aspect pétrographique des migmatiques, gneiss, micaschistes et tectonique : stratification, schistosité, plis synschisteux, plis postschisteux, foliation et déformations alpines

Deformation and partial melting have long been recognized to occur together, but differentiating which actually occurred first has remained enigmatic. Prevailing theories suggest that partial melting typically occurs first, and deformation is localized into melt-rich areas because they are rheologically weak. However, evidence from three different areas, suggests the role of strain has been underestimated in localizing partial melting. The Wet Mountains of central Colorado provide evidence for synchronous partial melting and deformation, with each process enhancing the other. Throughout the Wet Mountains, deformation is concentrated in areas where melt producing reactions occurred, and melt appears to be localized along deformation-related features. Melt microstructures present within the Wet Mountains correlate well with crustal-scale plutons and magmatic bodies and provide a proxy for crustal-scale melt flow. Granitic gneisses from the Llano Uplift, central Texas, provide evidence for partial melting occurring within small-scale shear zones and surrounding country rocks, synchronously. In the field, shear zones appear to contain former melt, whereas the country rock does not provide macroscopic evidence for partial melting. However, detailed microstructural investigation of shear zones and country rocks indicates the same density of melt microstructures, in both rock types. Melt microstructures are important for understanding the full melting history of a rock and without detailed structural and petrographic analysis, erroneous conclusions may be reached. Granulite-facies migmatites of the Albany-Fraser Orogen, southwestern Australia, have undergone partial melting, synchronous with three phases of bidirectional extension. Four major groups of leucosomes, including: foliation-parallel, cross-cutting, boudin neck and jumbled channelway leucosomes and late pegmatites were analyzed via whole-rock geochemistry, and there is evidence for fluid-saturated and -undersaturated biotite- and amphibole-dehydration melting. Migmatites from these three locations contain pseudomorphs of melt along subgrain and grain boundaries, areas of high dislocation density, in quartz and plagioclase. For these rocks that involve multicomponent systems, the primary cause for preferential melting in high strain locations is enhanced diffusion rates along the subgrain boundary because of pipe diffusion or water associated with dislocations. / text

Depuis au moins 540 Ma deux grands systèmes de subduction coexistent sur Terre : d'une part, les systèmes de subduction-collision (chaînes Hercynienne, Himalayenne ou Alpine) et d'autre part, les systèmes de subduction de type péri-pacifique. Pour ces derniers, l'avant-arc constitue une zone clef pour retracer l'évolution de la subduction au cours du temps. En effet ces zones au contact avec le slab peuvent enregistrer des événements tectoniques et/ou des conditions métamorphiques variées (e.g. formation de " paired metamorphic belts "), qui sont autant d'indicateurs du contexte géodynamique. Le massif métamorphique de El Oro en Equateur est un exemple exeptionnel où une section complète et basculée de l'avant-arc Triasique est préservée. L'ensemble est constitué d'une série métasédimentaire de bas à haut grade métamorphique intrudée par des granitoïdes de type S, juxtaposé avec un laccolithe gabbroïque et des schistes bleus. Ce travail de thèse s'est concentré sur l'étude du métamorphisme de haute-température basse-pression et ses relations les schistes bleu. Afin de contraindre l'événement tectono-métamorphique affectant l'avant-arc Equatorien au Trias et la formation d'une "paired metamorphic belt", nous avons utilisé des outils structuraux, métamorphiques, géochimiques, géochronologiques et de modélisation thermique. Nos résultats montrent que durant cette période l'avant-arc Equatorien connait un intense épisode de fusion partielle en régime extensif. La base de la croûte est migmatisée sur une épaisseur de 10km. Les estimations Pression-Température indiquent que les conditions de fusion partielle varient de 4.5 kbar et 650°C pour la partie supérieure métaxitique et jusqu'à 7.5 kbar et 720°C pour la partie inférieure diatexitique. La gradient géothermique inféré est divisé en deux segments : un segment supérieur caractérisé par un gradient de 40°C/km et un segment inférieur caractérisé par un gradient quasi-isothermique. L'absence de paragénèse de ultra-haute température est attribuée à la grande fertilité du protolithe métasédimentaire. Les résultats géochimiques montrent que les plutons granodioritiques sont issus d'un mélange entre : (1) les liquides de fusion partielle produit par la réaction de deshydration de la muscovite des métasédiments et (2) un magma basique. Les âges U-Pb sur zircons et monazites révèlent que l'événement anatectique fût bref entre 229 et 225 Ma. La source de chaleur à l'origine de l'événement thermique est attribuée à la mise en place d'un pluton gabbroïque à ~ 230 Ma en base de croûte. Successivement, se sous-plaque les schistes-bleu refroidissant rapidement l'avant-arc. L'événement anatectique observé dans le massif de El Oro au Trias s'insrit à plus grande échelle au sein d'une large anomalie thermique affectant l'ensemble du continent sud Américain entre 260 et 220 Ma. Durant cette période la marge est un soumise à un régime extensif accompagné d'un important magmatisme d'origine crustal, principalement en position d'arc et d'avant-arc. Nous attribuons cette anomalie thermique d'ampleur continental à une "avalanche mantellique". A la lumière du contexte géodynamique globale nous inteprétons la formation de la paired metamorphic belt de El Oro à la rupture du slab.

La compréhension des processus orogéniques nécessite l'acquisition de données permettant de suivre les variations de pression (P), température (T) et déformation (D) au cours du temps (t). La construction de trajets P-T-D-t implique nécessairement une approche pluridisciplinaire, qui combine une analyse pétrologique et structurale à l'acquisition de données géochronologiques. Dans ce mémoire, une telle approche est appliquée à des granulites polymétamorphiques de Ultra-Hautes Températures de l'unité basique d'Andriamena (Centre-Nord Madagascar). Une attention particulière a été portée sur la corrélation entre les données pétrologiques et géochronologiques afin de discuter la signification des trajets P-T et des âges obtenus en contexte polymétamorphique. L'évolution thermomécanique de l'unité d'Andriamena est marquée par la superposition d'au moins quatre événements thermiques distincts: ~2.7 Ga, 2.52-2.54 Ga, 790-730 Ma et 530-500 Ma. Si la signification de l'événement Archéen à 2.7 Ga reste encore problématique, l'événement fini-Archéen à 2.5 Ga correspond sans ambiguïté au métamorphisme de UHT (~1050°C, 11.5 kbar). Le Néoprotérozoïque moyen (790-730 Ma) est marqué par la mise en place d'un important complexe basique-ultrabasique contemporain d'un épisode de fusion partielle et d'un métamorphisme granulitique (~850-900°C, 7 kbar). Cet événement thermique majeur, à l'échelle du Centre-Nord Madagascar, est interprété comme le témoin d'un contexte tectonique du type arc continental lié à la fermeture de l'océan Mozambique lors de la fragmentation du supercontinent Rodinia. Le dernier événement affectant l'unité d'Andriamena (530-500 Ma) est à l'origine du champ de déformation finie, qui résulte de la superposition de deux phases D1 et D2 synchrones d'un métamorphisme amphibolitique à granulitique de basse pression (650-700°C, 5-6 kbar). La déformation Cambrienne observée dans le Centre-Nord Madagascar est compatible avec un raccourcissement horizontal Est-Ouest qui résulterait de la convergence de cratons lors de la consolidation finale du Gondwana. Par leur caractère réfractaire, les Mg-granulites de UHT préservent de nombreuses textures minéralogiques permettant de retracer un trajet PT pétrographique complexe et apparemment continu. Néanmoins, les données géochronologiques obtenues par la méthode de datation in-situ sur monazite à la microsonde électronique montrent que le trajet pétrographique ne doit pas être considéré comme issu d'un seul et même événement thermique, mais plutôt comme un trajet discontinu résultant de la superposition de deux événements distincts à 2.5 Ga et 790-730 Ma. D'autre part, nous montrons qu'une partie du trajet pétrographique (décompression isotherme) correspond à un trajet apparent sans signification tectonique. Nous suggérons que cette décompression apparente résulte de l'équilibration des paragenèses réfractaires de UHT (2.5 Ga) à plus basses pressions, lors de l'événement Néoprotérozoïque moyen (790-730 Ma), sans que les conditions P-T des réactions minéralogiques observées n'aient été atteintes. La distinction qui existe entre trajet pétrographique et trajet P-T réel montre l'importance de déterminer l'âge absolu des différents assemblages et réactions métamorphiques, afin de dater différentes portions du trajet P-T. Cet objectif est atteint grâce aux méthodes de datations ponctuelles et in-situ qui permettent de dater des minéraux dans leur contexte textural et donc de corréler âge et assemblage métamorphique. Ainsi, nous avons développé une nouvelle méthode de datation in-situ U-Th-Pb sur monazite, qui utilise les méthodes chimiques (microsonde) et isotopiques conventionnelles (ID-TIMS). Par ces deux méthodes, on combine une haute résolution spatiale (~3µm - microsonde) à une haute précision analytique (ID-TIMS). La particularité de cette nouvelle approche est que la datation isotopique est réalisée sur des grains individuels extraits par micro-forage directement sur lame mince et qui ont été au préalable caractérisés à la microsonde électronique (imagerie, datation chimique...). La position texturale de chaque grain daté est ainsi retenue.

Le but de cette thèse est de déterminer l'évolution tectono-métamorptlique d'un segment de croûte continentale archéenne. L'objet choisi est la région de l'Am saga (R.1. Mauritanie), dans la Dorsale Réguibat (Craton Ouest Africain). L'étude géochronologique (Rb-Sr, Sm-Nd, U-Pb et Pb-Pb) met en évidence au moins quatre épisodes de croissance crustale : vers 3,5 Ga; à 3,0 Ga; vers 2,85 Ga et vers 2,74 Ga. La région est affectée par un événement tectono-métamorphique majeur, synchrone (ou immédiatement postérieur) du dernier épisode de croissance crustale. L'étude pétro-structurale montre que cet épisode est caractérisé par un fort raccourcissement sub-horizontal NW-SE en régime globalement coaxial. La déformation est accommodée par le biais de structures verticales: foliations, plis et décrochements en fin d'évolution et s'accompagne d'un métamorphisme -granulitique HT-BP (800 ± 50°C, 5±1 kb). La migmatisation d'une partie de la région au cours du métamorphisme provoque la diminution de aH20 et permet l'acquisition des paragénèses granulitiques. Le chemin P-T suivi au cours du métamorphisme est un chemin horaire dont l'évolution rétrograde s'effectue dans un premier temps par décompression isotherme. Différents ensembles magmatiques (gabbro et granites), datés à 2,7 Ga se mettent en place, postérieurement au métamorphisme granulitique, pendant la remontée des séries. L'étude géochimique (majeurs, traces et isotopes) de ces massifs indique trois types de source pour les protholithes _ magmatiques: 1/ mantellique (gabbro des Iguilid); 2/ fusion partielle de roches G-rthodérivées (granite de Touijenjert); 3/ fusion partielle de métasédiments (granite d'Ioulguend). La mise en place de ces granites marque donc le début du recyclage crustal dans la région. Le gradient géothermique moyen au cours du métamorphisme granulitique (55°C.km-1), en accord avec le caractère enrichi (LREE) de la source des magmas basiques et les données géochronologiques, permet d'envisager la présence d'un plume mantellique à l'aplomb de la région pendant l'événement tectono-métamorphique principal. L'étude géochronologique révèle que la région est le siège de plusieurs événements thermiques postérieurs au métamorphisme principal : vers 2,3 Ga, vers 1,5 Ga et peut - être vers 2,4-2,5 Ga. Ce réchauffement protérozoïque se fait apparemment sans déformation associée mais provoque : 1/ la rétromorphose des paragénèses granulitiques; 2/ des perturbations géochimiques importantes (éléments majeurs, traces, REE), une partie de celles-ci pouvant également résulter de l'événement granulitique; 3/ des ouvertures successives des différents systèmes isotopiques. Ces phénomènes secondaires sont essentiellement localisés aux * abords des grands accidents mylonitiques qui découpent la région. La synthèse de ces différents résultats et des données existantes sur le reste de la Dorsale Réguibat archéenne et protérozoïque permet de suggèrer un modèle d'évolution géodynamique de cette partie du craton Ouest africain.