L'ophiolite de la Nouvelle-Calédonie (Sud-Ouest Pacifique) correspond à l'une des plus grandes du monde (500 km de long, 50 km de large et 2 km d'épaisseur). Celle-ci se compose d'un massif principal au Sud de l'île et de petites klippes localisées le long de la côte Ouest. Les péridotites sont majoritairement de nature harzburgitique, à l'exception de massifs les plus au Nord, également constitués de lherzolites. Mise en place durant l'Éocène, cette ophiolite chevauche l'unité magmatique de Poya, principalement composée de basaltes océaniques de type MORB, associés à quelques basaltes de bassin arrière-arc et d'île océanique. Cette unité s'est également mise en place durant l'Éocène, avant l'obduction de la nappe ultrabasique. Basée sur une approche à la fois pétrologique, géochimique et minéralogique et sur le développement de nouvelles techniques d'analyses, notre étude montre que l'ophiolite de la Nouvelle-Calédonie a été affectée tout au long de son évolution par de multiples processus magmatiques, métamorphiques et d'altération. Les analyses géochimiques effectuées sur les péridotites démontrent que les péridotites du complexe ophiolitique ont subi deux processus de fusion successifs: (1) un premier en contexte de ride lors de l'ouverture du bassin Sud Loyauté, durant la période Crétacé Supérieur-Paléocène. Cette fusion aboutit à la formation des basaltes océaniques de l'unité de Poya et de leur résidu associé, les lherzolites des massifs du Nord; (2) un second durant l'Éocène en contexte supra-subductif, entrainant la formation des boninites et des harzburgites composant la majeure partie de l'ophiolite. L'occurrence de ces deux types de fusion au sein de la même ophiolite s'explique par l'initiation forcée de la subduction à (ou à proximité de) l'axe de la ride. Parallèlement à ces évènements magmatiques, nos résultats montrent que les péridotites ont subi une serpentinisation caractéristique des différents environnements dans lesquels l'ophiolite a évolué. Quatre épisodes de serpentinisation ont ainsi pu être mis en évidence: (1) la formation de la lizardite par interaction des lherzolites avec l'eau de mer en contexte de ride durant l'ouverture de bassin Sud Loyauté; (2) la formation de la lizardite au sein des harzburgites par la circulation de fluides métasomatiques extraits de la plaque plongeante durant la subduction Éocène; (3) la formation de l'antigorite par la circulation de fluides métasomatiques associées à l'exhumation isotherme rapide de l'unité métamorphique du Diahot, provoquant l'advection de chaleur sous l'ophiolite; (4) la formation tardive du chrysotile durant l'obduction par la circulation de fluides météoriques. Finalement, une fois sa mise en place terminée (à ~34 Ma), nos résultats montrent que l'ophiolite a subi une forte altération supergène due aux conditions climatiques tropicales. Cette altération se manifeste par un processus de latéritisation entrainant le lessivage de la silice, du magnésium et des terres-rares dans les péridotites de la partie superficielle de l'ophiolite. Ces éléments vont être transportés par la percolation des fluides météoriques jusqu'à la semelle serpentineuse où ils s'accumulent et finalement reprécipitent par sursaturation sous la forme de magnésite, de silice amorphe et de talc. Ainsi, grâce notamment aux développements de nouvelles méthodes analytiques, nous montrons qu'il est possible de retracer l'évolution d'une ophiolite, de sa formation en profondeur jusqu'à son altération en surface.

The production of hydrogen (H2) and methane (CH4) related to olivine hydration (i.e. serpentinization) is considered a major contributor to abiotic hydrocarbon synthesis on Earth. Recent discoveries have highlighted the importance of low temperature (<100oC) serpentinization at continental peridotite outcrops. Such sites produce substantial fluxes of abiotic CH4 from gas seeps and/or springs. A limited number of studies in the southern hemisphere offer research on low temperature abiotic hydrocarbon synthesis in natural ultramafic environments, though large areas of exposed ophiolite are prevalent. This study assesses the origin and flux of CH4 and related water-rock interactions from a previously undiscovered site in the Dun Mountain Ophiolite Belt (DMOB), located at Red Hills, New Zealand. Methane emissions from a hyper-alkaline (pH >11.6) and reduced spring of calcium hydroxide (Ca2+-OH-) type waters near the Maitlands Fault were between 730 to 17,000 mg m 2day 1. The δ13C and δD values of CH4 emitting from this spring are consistent with CH4 of abiotic origin (δ13C: 32.7 ‰ VPDB, δD: 363 ‰ V SMOW). Hyper-alkaline fluids emitting from the spring are concentrated in dissolved CH4 (2.2 mg/L) and H2 (0.7 mg/L) and display δ13CCH4 signatures consistent with other sites worldwide. Extensive and localised carbonate precipitation occurs at the hyper-alkaline Ca-rich spring. Isotopic evaluation of carbonate nodules are kinetically fractionated with 13C and 18O depletions up to 30.8 ‰ and 9.3 ‰, respectively. This disequilibrium between the mineralogy and interacting fluids and gases represents a potential habitable environment for microorganisms. Porous, layered carbonates located on the outer edges of the hyper-alkaline spring are the result of atmospheric CO2 interaction with magnesium bicarbonate (Mg2+-HCO3) and Ca2+-OH- hyper-alkaline waters. The precipitation of these carbonates offers potential insight towards low temperature CO2 sequestration. Additionally, various forms of Fe-rich amorphous material precipitate in association with Mg2+-HCO3 type waters at the Red Hills. The identification of bacteria and diatoms within this material offers supporting information regarding microbial survival in metal-rich, reduced environments. This multidisciplinary study demonstrates the interconnected nature of geological, biological and atmospheric interactions in ultramafic environments at low temperature on Earth.

Dans de nombreuses chaînes de montagnes, on observe des témoins du processus d'obduction, correspondant au transport de la lithosphère océanique sur la croûte continentale. Le paradoxe intrinsèque de ce phénomène est celui-ci : des roches denses (ρ>3) se retrouvent au-dessus de roches moins denses (ρ≈2,7). Les processus à l'origine de cette bizarrerie tectonique sont encore mal compris. Les ophiolites du Petit Caucase et du NE de l'Anatolie correspondent à un exemple extrême de ce phénomène puisqu'on constate un transport de fragments de lithosphère océanique sur plusieurs centaines de kilomètres, à l'échelle de l'ensemble d'une bordure continentale (>1000 km) vers 90 Ma. En adoptant une stratégie pluridisciplinaire lors de l'étude de ces ophiolites, nous avons pu préciser l'évolution des premiers stades de la fermeture néotéthysienne et en conséquence l'obduction de ces dernières, tels que : - L'existence d'un domaine océanique continu d'est en ouest en subduction sous l'Eurasie, séparant l'Eurasie (au nord) de l'ensemble continental Sud-arménien-plateforme Taurides-Anatolides (au sud). - La genèse d'un domaine océanique dans un contexte de supra-subduction à arrière-arc par ouverture lente, attribué à la formation de ces ophiolites, entre le Jurassique inférieur et Crétacé inférieur (c.180~150 Ma). - L'obduction quasi simultanée de ces ensembles ophiolitiques, tout au long de la suture d'Izmir-Ankara-Erzincan et Sevan-Akera au Turonien-Coniacien-Santonien (c. 94~85 Ma). - Un métamorphisme d'unités à la base de ces ophiolites (la semelle ophiolitique) permettant de contraindre leur dynamique de mise en place. - Un volcanisme dans le bloc continental sud-arménien permettant de proposer une évolution des structures tectoniques inédites vers 160~130 Ma. Ces données suggèrent fortement une mise en place commune de l'ensemble de ces corps ophiolitiques de la région d'étude sous la forme d'une nappe, dont l'épaisseur actuelle est très réduite (quelques kilomètres tout au plus). Ceci en fait l'une des plus grandes nappes ophiolitiques obduites du globe (à l'affleurement dans une chaîne de collision). La modélisation numérique a validé l'hypothèse que la mise en place de cette nappe s'est faite grâce à des conditions thermiques particulières. Elle suggère que l'obduction d'ophiolites vieilles nécessite un état thermique de la lithosphère océanique proche de celui d'une lithosphère jeune (0-40 Ma). Un tel état thermique est suggéré pour les ophiolites du Caucase s.l. par la mise en place de laves alcalines sur l'ophiolite avant obduction sous forme de monts sous-marins et/ou de plateau océanique au Crétacé inférieur. Ceux-ci bloquant la subduction sous l'Eurasie expliquent également la quiescence du volcanisme sur cette marge, et le contexte de forçage tectonique de l'autre côté de l'océan, conduisant à l'obduction simultanée sur le bloc continental arménien-anatolien et sur l'Arabie.

Melting processes in the mantle have a key role in plate tectonics and in the most colossal phenomena in the Earth, like large igneous provinces, mantle plume upwellings, and the constant growth of the planet's tectonic plates. In this study we use the geochemical and petrological evidence preserved in ophiolites, large igneous provinces, and intraplate seamounts to understand causes, timing and implications of melting in these different tectonic environments. We studied melting at extensional environments, in mid-ocean ridges and back-arc basins, preserved in ophiolites. The Santa Elena Ophiolite in Costa Rica comprises a well-preserved fragment of the lithospheric mantle that formed along a paleo-spreading center. Petrological models of fractional crystallization suggest deep pressures of crystallization of >0.4 GPa for most of the samples, in good agreement with similar calculations from slow/ultra-slow spreading ridges and require a relatively hydrated (~0.5 wt% H2O) MORB-like source composition. Our findings suggest a complex interplay between oceanic basin and back-arc extension environments during the Santa Elena Ophiolite formation. Secondly, we analyzed large igneous provinces and their mechanisms of formation. As the surface expression of deep mantle processes, it is essential to understand the time frames and geodynamics that trigger these massive lava outpourings and their impact to life in the planet. We analyze the record and timing of preserved fragments of the Pacific Ocean Large Igneous Provinces to reconstruct the history of mantle plume upwellings and their relation with a deep-rooted source like the Pacific Large Low Shear Velocity Province during the Mid-Jurassic to Upper Cretaceous. Lastly, we explore the occurrence of low-volume seamounts unrelated to mantle plume upwellings and their geochemical modifications as they become recycled inside the mantle, to answer questions related to the nature and origin of upper mantle heterogeneities. We present evidence that an enriched mantle reservoir composed of recycled seamount materials can be formed in a shorter time period than ancient subducted oceanic crust, thought to be the forming agent of the HIMU mantle reservoir endmember. A "fast-forming" enriched reservoir could explain some of the enriched signatures commonly present in intraplate magmas not related with an active mantle plume upwelling. / Ph. D.

La Corse Alpine offre une section complète du prisme orogénique alpin où la plupart des équivalents des unités décrites dans les Alpes Occidentales peuvent être trouvés sur une section de 40 km. Les minéraux d'haute pression sont exceptionnellement bien préservés, particulièrement la lawsonite, offrant un accès unique à la compréhension de zones de subduction. La Corse alpine est formée par une pile complexe d’unités métamorphiques d'origine continentale et océanique. Ces unités ont été interprétées soit comme des mélanges tectoniques complexes formés pendant la subduction alpine, soit comme les parties plus continues de lithosphère continentale et-ou océanique. Les rares estimations de condition PT sur des larges régions de la chaîne résultent en plusieurs incertitudes dans l'identification des limites séparant les unités qui ont subi des évolutions tectono-métamorphiques différentes et, par conséquent, dans la définition d'une architecture complète de la chaîne. Les données de terrain, structurelles et métamorphiques obtenues dans cette étude aux différentes échelles suggèrent que la chaîne de la Corse alpine est caractérisée par une forte conservation de structures pré-alpin, de la micro-échelle à l'échelle de la chaîne, malgré la déformation intense associée avec le métamorphisme, qui a localement donné les conditions du facies éclogitique et lawsonite. En détail, seulement neuf domaines tectono-métamorphiques homogènes ont été identifiés. Ces terrains peuvent être attribué aux domaines paléogéographiques différents qui ont subi des évolutions tectono-métamorphiques différentes. Malgré ça, les données géochronologiques fournies pendant cette étude indiquent que la Corse alpine résulte d'une évolution complexe, étant caractérisée par la signature claire tant de la tectonique alpine Eocène, à 35 Ma, que de la tectonique apennine, à 25 Ma. Les résultats fournis dans cette thèse contribuent non seulement à la compréhension des processus de subduction et de formation de montagnes, mais donnent aussi des contraintes importantes pour déchiffrer les systèmes Tethys-Alpes et Alpes-Apennine. / Alpine Corsica offers a complete section through the Alpine orogenic wedge where most equivalent of the units described in the Western Alps may be found over a 40 km section. High-pressure mineral assemblages are exceptionally well preserved, especially lawsonite, offering a unique access to the understanding of deeply subducted terranes.Alpine Corsica consists of a complex stack of variably metamorphosed units of continental and Tethys-derived material. These units have been interpreted either as complex tectonic mixing formed during the Alpine subduction, or as more continuous portions of continental and/or oceanic lithosphere. The lack of detailed PT estimates over wide regions of the belt results in several uncertainties in identifying the boundaries separating units that experienced different tectono-metamorphic evolutions and, consequently, in the definition of an exhaustive architecture of the belt.Field, structural and metamorphic data collected in this study at different scales suggest that the Alpine Corsica belt is characterized by a high preservation of pre-Alpine sctructures, from the micro-scale up the scale of the belt, despite the intense deformation essociated with metamorphism, which locally reached lawsonite-eclogite metamorphism. In particular, only nine homogeneous tectono-metamorphic domains have been identified. These terranes can be referred to different paleogeographic domains that experienced different tectono-metamorphic evolutions.Despite that, geochronological data provided during this study indicate that Alpine Corsica results fro a complex polyphase evolution, being characterized by clear signature of both Alpine tectonics, at around 35 Ma, and Apennine tectonics, at around 25 Ma.Results provided in this paper contribute not only to the understanding of processes of subduction and mountain building, but also give important constraints for deciphering the Tethys-Alps and Alps-Apennine systems.

Les 93 échantillons selectionnés pour cette étude dans 3 massifs de l'ophiolite d'Oman sont représentatifs d'une zone d‘environ 5000km2 d'une paléodorsale rapide. En rapport avec la segmentation, l'échantillonnage comprend à la fois la lithosphère du nouveau segment (0 à 4km sous le moho), ses limites (zones de cisaillement) et la jeune lithosphère (1 à 2Ma) dans laquelle il s'ouvre, entre 0 et 12 km sous le moho.<br />*L'ensemble du manteau exploré est composé de péridotites très réfractaires, comparables à celles des autres ophiolites et aux péridotites abyssales. Néanmoins, il montre un enrichissement en éléments très incompatibles, impliquant une percolation réactive par des fluides, et une refertilisation partielle en clinopyroxène, comme le montre la présence de harzburgites riches en cette phase minérale.<br />*Le nouveau segment possède des caractéristiques chimiques supplémentaires, tel le rapport Cr# élevé (>50) des spinelles, qui n'apparaît pas spécifique des dunites ou d'un environnement géodynamique particulier, et la composition différente des pyroxènes, qui implique des températures de blocage plus élevées en relation avec un processus de percolation magmatique.<br />*La zone de transition à l'axe du nouveau segment s'identifie par l'importance des réactions liquide/roche qui concernent l'ensemble des lithologies : harzburgites, dunites et dunites imprégnées.<br />*Les limites du nouveau segment (zones de cisaillement) et la base de la nappe sont caractérisées par des textures porphyroclastiques BT (<1000°C) et des enrichissements en clinopyroxènes. Ceux-ci sont interprétés comme une cristallisation partielle de magmas associée à un front de percolation aux limites manteau convectif/manteau conductif.<br />*L'ensemble des faciès montre une contamination par l'eau de mer, impliquant des rapports du 87Sr et du 207Pb radiogéniques, largement acquise avant la serpentinisation (T>500°C).<br /><br />Cette étude met l'accent sur l'importance de la segmentation dans le contrôle des processus magmatiques et hydrothermaux aux dorsales rapides, notion qui permettra de progresser dans la compréhension de ces processus.

L'ophiolite d'Oman montre une séquence complète qui permet de bien comprendre les modalités de l'accrétion, la dynamique des magmas et l'évolution tectonique et magmatique au niveau de la palèodorsale téthysienne. L'étude faite à partir d'une étude détaillée des lithofaciès a consisté a compléter les travaux antérieurs du massif de Fizh (partie septentrionale de l'ophiolite d'Oman)

Les termes acides et basiques des massifs ophiolitiques du Montgenèvre et de Haute- Ubaye sont étudiés en parallèle dans ce travail. L'étude pétrographique (notamment l'étude typologique des zircons pour les albitites) et la géochimie des éléments majeurs confirment la nature tholéilique des magmasétudiés. L'étude du comportement des éléments traces (Zr, Y, Nb,Th, Cr, REE) permet de mettre en évidence, pour le Montgenèvre,une évolution continue des roches basiques conduisant de basaltes enrichis en LREE, situés à la base de la série, à des basaltes appauvris en LREE (N -MORB typiques) tardifs et représenlés par les coulées aphyriques supérieures et certains filons doléritobasaltiques. Une telle évolution paraît refléter une fusion partielle dynamique, seule capable d'expliquer les variations importantes du rapport La/Sm. Les roches basiques de Haute- Ubaye montrent une plus grande homogénéité géochimique que celles du Montgenèvre avec une majorité de spectres de terres rares bombés. Les variations du taux de fusion partielle (Montgenèvre) et les caractères de la cristallisation fractionnée (Montgenèvre el Haute Ubaye) sont précisés. L'étude des éléments-lraces des albitites des deux ensembles révèle également la diversité géochimique de ces roches et vraissemblablement l'existence de plusieurs souches parentales. Au Montgenèvre, seules les albitites massives de la Replatte du Gondran (Chenaillet) peuvent être considérées comme cogénétiques des basaltes en coussins. Les albitites de la Punta Rascia (Italie) seraient plus anciennes, postérieures au premier épisode magmatique à l'origine de la grande masse gabbroïque du Montgenèvre. En Haute- Ubaye, il n'existe aucune filiation géochimique nette entre les roches basiques et les roches acides. Les observations de terrain et les données géochimiques permettent d'envisager une évolution temporelle complexe où les termes effusifs paraissent s'être mis en place tardivement et latéralement par rapport au rift océanique. L'étude typologique des zircons des éléments acides d'une brèche polygénique située à l'interface ophiolite-sédiments dans la partie orientale du massif a montré la nature calco-alcaline de certains de ces éléments. Par comparaison avec des brèches semblables étudiées dans le Queyras, ces éléments pourraient provenir du démantèlement de la croûte continentale voisine. Ainsi, les ophiolites du Montgenèvre sont, par leur position structurale et leurs caractéristiques géochimiques, à rapporter vraissemblablement aux premiers termes du magmatisme océanique téthysien.

Two suites of intermediate-felsic plutonic rocks were recovered by dredges RD63 and RD64 (R/V KK81-06-26) from the northern wall of the Mariana trench near Guam, which is located in the southern part of the Izu-Bonin-Mariana (IBM) island arc system. The locations of the dredges are significant as the area contains volcanic rocks (forearc basalts and boninites) that have been pivotal in explaining processes that occur when one lithospheric plate initially begins to subduct beneath another. The plutonic rocks have been classified based on petrologic and geochemical analyses, which provides insight to their origin and evolution in context of the surrounding Mariana trench. Based on whole rock geochemistry, these rocks (SiO2: 49-78 wt%) have island arc trace element signatures (Ba, Sr, Rb enrichment, Nb-Ta negative anomalies, U/Th enrichment), consistent with the adjacent IBM volcanics. Depletion of rare earth elements (REEs) relative to primitive mantle and excess Zr and Hf compared to the middle REEs indicate that the source of the plutonic rocks is similar to boninites and transitional boninites. Early IBM volcanic rocks define isotopic fields (Sr, Pb, Nd and Hf-isotopes) that represent different aspects of the subduction process (e.g., sediment influence, mantle provenance). The southern Mariana plutonic rocks overlap these fields, but show a clear distinction between RD63 and RD64. Modeling of the REEs, Zr and Hf shows that the plutonic suites formed via melting of boninite crust or by crystallization from a boninite-like magma rather than other sources that are found in the IBM system. The data presented support the hypothesis that the plutonic rocks from RD63 and RD64 are products of subduction initiation and are likely pieces of middle crust in the forearc exposed at the surface by faulting and serpentine mudvolcanoes. Their existence shows that intermediate-felsic crust may form very early in the history of an intra-oceanic island arc system. Plutonic rocks with similar formation histories may exist in obducted suprasubduction zone ophiolites and would be evidence that felsic-intermediate forearc plutonics are eventually accreted to the continents.

This thesis presents the results of a combined magnetic fabric and palaeomagnetic analysis of lower crustal rocks exposed in the Oman (Semail) ophiolite. This has long been an important natural laboratory for understanding the construction of oceanic crust at fast spreading axes and its subsequent tectonic evolution, but magnetic investigations in the ophiolite have been limited. Analyses presented here involve using: (i) magnetic anisotropies as a proxy for magmatic petrofabrics in lower crustal rocks in order to contribute to outstanding questions regarding the mode of accretion of fast-spread oceanic crust; and (ii) classical palaeomagnetic analyses to determine the nature of magnetization in these rocks and gain further insights into the regional-scale pattern of tectonic rotations that have affected the ophiolite. The extensive layered gabbro sequences exposed in the Semail ophiolite have been sampled at a number of key localities. These are shown to have AMS fabrics that are layer-parallel but also have a regional-scale consistency of the orientation of maximum anisotropy axes. This consistency across sites separated by up to 100 km indicates large-scale controls on fabric development and may be due to consistent magmatic flow associated with the spreading system or the influence of plate-scale motions on deformation of crystal mushes emplaced in the lower crust. Detailed analysis of fabrics in a single layer and across the sampled sections are consistent with either magmatic flow during emplacement of a melt layer into a lower crustal sill complex, or traction/drag of such layers in response to regional-scale stresses (e.g. mantle drag). Together, results support formation of the layered gabbros by injection of melt into sill complexes in the lower crust. New anisotropy data from the overlying foliated gabbros sampled at two key localities also provide insights into the style of melt migration at this crustal level. Fabrics are consistent with either focused or anastomosing magmatic upwards flow through this layer, reflecting melt migration beneath a fossil axial melt lens. Previous palaeomagnetic research in lavas of the northern ophiolitic blocks has demonstrated substantial clockwise intraoceanic tectonic rotations. Palaeomagnetic data from lower crustal sequences in the southern blocks, however, have been more equivocal due to complications arising from remagnetization. Systematic sampling resolves for the first time a pattern of remagnetized lowermost gabbros and retention of earlier magnetizations by uppermost gabbros and the overlying dyke-rooting zone. Results are supported by a positive fold test that shows that remagnetization of lower gabbros occurred prior to Campanian structural disruption of the Moho. NW-directed remagnetized remanences in the lower units are consistent with those used previously to infer lack of significant rotation of the southern blocks. In contrast, E/ENE-directed remanences in the uppermost gabbros imply a large, clockwise rotation of the southern blocks, of a sense and magnitude consistent with that inferred from extrusive sections in the northern blocks. Hence, without the control provided by systematic crustal sampling, the potential for different remanence directions being acquired at different times may lead to erroneous tectonic interpretation.