L'étude géochimique du volcanisme anté-orogénique de l'Equateur permet de mettre en évidence plusieurs unités magmatiques. La distinction de ces différentes formations conduit à la mise en évidence d'une zone de suture qui sépare le continent sur lequel s'est développée une série andésitique, de terrains allochtones constitués par un arc insulaire développé sur une croûte océanique. Les possibilités d'étendre le modèle d'accrétion des unités allochtones, proposé pour l'Equateur, à l'ensemble des Andes septentrionales sont également discutées,

En raison de sa localisation particulière en bordure du craton Ouest Africain, le Maroc révèle une histoire géodynamique complexe qui commence au Paléoprotérozoïque et qui se poursuit jusqu'aux derniers évènements alpins. Ce polyphasage se traduit notamment par la formation de minéralisations télescopées dans le temps et dans l'espace. Le gisement aurifère de Tamlalt-Menhouhou se situe sur la bordure sud de la boutonnière paléozoïque de Tamlalt (Haut-Atlas oriental), jouxtant la limite entre la chaîne intra-cratonique atlasique du Haut- Atlas et la chaîne panafricaine de l'Anti-Atlas. Les minéralisations sont encaissées dans des formations volcano-sédimentaires de l'Ediacarien (âge U/Pb : 569 ± 8 Ma) probablement mise en place dans un contexte d'arrière-arc. Les roches felsiques néoprotérozoïques ont révélé le caractère fertile de la croûte néoprotérozoïque supérieure avec la présence d'une minéralisation barytique et d'une minéralisation ferrifère de type "Banded Iron Formations". Le secteur aurifère de Tamlalt-Menhouhou est recoupé par de nombreux décrochevauchements compatibles avec une tectonique cisaillante dextre. Deux minéralisations aurifères ont pu être identifiées : (i) une minéralisation aurifère primaire de type "Iron Oxide Copper Gold deposit" (IOCG) associée à un altération sodique (± calcique) caractérisée par un enrichissement en Au, Cu, Fe, Co, Ni, Mo, As, Sb, ± Bi, et (ii) une minéralisation aurifère secondaire de type "Shear zone related gold deposit" associée aux altérations argilleuses et phylliteuses localisées le long des décro-chevauchements. L'étude détaillée à la microsonde ionique effectuée sur les zircons hydrothermaux génétiquement associés au phénomène d'albitisation permet d'obtenir un âge Ordovicien supérieur de 449 ± 8 Ma pour la minéralisation aurifère primaire, ce qui constitue une première au Maroc. Cet âge est confirmé par la datation 40Ar/39Ar sur deux mono-grains de muscovites soulignant le potentiel des zircons à enregistrer des évènements hydrothermaux, et leur intérêt en métallogénie. La minéralisation aurifère secondaire est datée à 293 ± 7 Ma (Stéphano-autunien) par géochronologie 40Ar/39Ar sur des phengites associées à l'altération argilleuse et phylliteuse et aux veines de quartz aurifères. Cet âge est en accord avec celui proposé pour la phase cisaillante dextre tardi-varisque, et souligne l'importance de cette orogenèse pour la remobilisation de pré-concentrations métallifères.

Afin d'étudier la dynamique d'un système orogène/avant-pays et plus particulièrement l'impact des processus de surface sur son développement, notre travail se base sur deux axes principaux. Dans une première partie, à l'aide de modèles analogiques de prisme d'accrétion, nous analysons les interactions entre la tectonique, l'érosion et la sédimentation au cours de la croissance de l'orogène. Le modèle de base reproduit l'évolution d'une section de prisme, qui s'étend de l'orogène au bassin d'avant-pays, et où les héritages à la fois structural et lithologique sont simulés. Dans une seconde partie, l'accent est mis sur la tectonique récente et les processus géomorphologiques qui affectent la klippe des Préalpes suisses et les unités structurales environnantes (le bassin molassique et le Jura). Des analyses de télédétection permettent d'évaluer l'influence de la tectonique sur le réseau de drainage et la morphologie du paysage. De plus, des analyses de terrain menées localement dans les Préalpes fournissent des informations sur la nature et la cinématique des fractures cassantes et des champs de paléocontraintes.

Cette étude a visé à contraindre les processus tectoniques, magmatiques et métamorphiques actifs dans la croûte moyenne, du Permien à l’exhumation des roches pendant les riftings mésozoïques, en se focalisant sur un gabbro permien dans les nappes austroalpines (Italie du nord, sud-est de la Suisse). L’évolution du gabbro de Sondalo, mis en place dans l’unité de Campo, est examinée en combinant géologie structurale, pétrologie magmatique et métamorphique, et géochronologie. Les résultats de cette étude (1) apportent des contraintes sur les relations thermiques et mécaniques entre le pluton et l’encaissant pendant sa mise en place dans la croûte moyenne, (2) décrivent les mécanismes d’ascension de magmas mafiques au travers de la croûte continentale et (3) documentent l’exhumation et le refroidissement de l’unité de Campo et de l’unité sus-jacente de Grosina pendant la formation de la marge riftée adriatique. / This study aims to unravel tectonic, magmatic and metamorphic processes active at midcrustal levels from the Permian to the exhumation of the rocks during the Mesozoic riftings by focusing on a Permian gabbro in the Austroalpine nappes (N–Italy, SE–Switzerland). The evolution of the Sondalo gabbro, emplaced in the Campo unit, is examined by combining structural geology, magmatic and metamorphic petrology, and geochronology. The results of this study bring constrains on (1) the thermal and mechanical relationship between the pluton and the host rock during its emplacement in the middle crust, (2) the mechanisms of mafic magmas ascent through the continental crust and (3) the exhumation and cooling history of the Campo unit and the overlying Grosina unit during the formation of the Adriatic rifted margin.

Cette thèse visait à mieux définir les méthodes de ciblage et apporter des éléments de réponse sur la genèse des gisements d’or de type orogénique en périphérie des grands couloirs de déformation archéens. Cette thèse est présentée sous forme de trois articles. Le premier article traite de la distribution mathématique des gisements aurifères de type orogénique le long des grands couloirs de déformation. Une approche permettant de d’établir que la localisation des gisements se situant le long de structure de premier ordre n’est pas indépendante de la localisation de ses voisins a été développée. Cette approche permet de donner des éléments de réponse sur la formation de ces gisements et de générer des probabilités de découvertes à l’échelle régionale. La deuxième partie de cette présente une méthode l’évaluation du potentiel minéral sous couverture sédimentaire en 3D. Les teneurs aurifères compilées dans le secteur ont permis d’évaluer et de quantifier les relations spatiales existantes entre certaines entités géologiques et les emplacements minéralisés afin de cibler les endroits à haut potentiel. Enfin, les travaux présentés dans le dernier chapitre visent à délimiter les zones possédant une perméabilité structurale accrue lors de l’épisode de déformation contemporain à la mise en place de gisements aurifères de type orogénique. Une modélisation géomécanique 3D qui tient compte des propriétés physiques des roches a été effectuée sur un segment de faille choisi en utilisant un code d’élément fini. La déformation s’effectue en attribuant sur chaque discontinuité structurale des vecteurs ou des champs de déplacement en fonction des observations de terrain / This thesis had the objective to define targeting methods adapted to orogenic gold deposits hosted in greenstone belts and to better understand the formation mechanism of these deposits. The work accomplished is presented in three distinct articles. The first article aimed to determine if a mathematical relation can characterize the spatial distribution of orogenic gold deposits along a crustal scale fault zone within or if the localization of a deposit is independent of the position of each other. A uniform law was fitted between the frequency and the curvilinear inter-distance between successive orogenic gold occurrences along the CLLF for distances ranging from 315 to 5600 m. This approach gave insights on the formation mechanism and allowed the generation of a probability map for undiscovered deposits at a regional scale. The second chapter of this thesis focuses on a sector of the Cadillac Larder Lake Fault that was considered as having a high potential for discovery using the methodology presented in the last chapter. Compiled assays allowed the evaluation of the spatial association of certain geological features with orogenic gold mineralizations to allow targeting high potential areas. Finally, the work presented in the last chapter aimed at identifying dilatant zones during the deformation that is contemporaneous to the orogenic gold deposit formation. A 3D geomechanical modelling which takes rock properties into account was performed on a chosen segment of a fault zone using a finite element code. The deformation was induced using displacement vectors or fields interpreted from field data

Le massif du Mayo Kebbi au sud-ouest du Tchad est localisé entre le craton du Congo au Sud, le craton Ouest Africain à l'Ouest et le Métacraton du Sahara à l'Est. Formé au cours de l'orogenèse panafricaine, entre 800 et 570 Ma, il est constitué de deux ceintures de roches vertes (Zalbi et Goueygoudoum), trois complexes magmatiques (Chutes Gauthiot, Léré et Figuil) et des intrusions post-tectoniques distingués sur la base de leurs caractères structuraux, pétrologiques, géochimiques et géochronologiques. L'évolution géodynamique de ce massif comprend les phases suivantes:Phase 1: Mise en place d'un complexe mafique et intermédiaire (CMI) dont la métadiorite de Boloro datée à 748 ± 4 Ma (U-Pb sur zircon). Cette métadiorite, riche en terres rares, se caractérise par LaN/YbN ~ 12, Sr/Y > 32, teneurs en LILE, Cr, Ni élevées et des anomalies négatives en Nb-Ta. Ces caractéristiques sont attribuées à la fusion partielle de la plaque océanique plongeante et interaction des magmas produits avec le coin mantellique au cours de leur ascension.Phase 2: Mise en place des métagabbros et métabasaltes (700 ± 10 Ma: U-Pb sur zircon) de la série métavolcano-sédimentaire de Zalbi. Ces roches sont caractérisées par un découplage LILE/HFSE, des anomalies négatives en Nb-Ta et des rapports LaN/YbN indiquant un fractionnement faible à modéré des terres rares. En particulier, leurs caractères géochimiques sont similaires à ceux des bassins arrière-arcs modernes. La signature isotopique en Sr et Nd de ces roches exclut toute contamination par une croûte continentale ancienne au moment de leur mise en place. CMI et série métavolcano-sédimentaires, regroupés dans le cadre des ceintures de roches vertes, représentent ainsi une accrétion juvénile en contextes d'arc insulaire/bassin arrière-arc.Phase 3: La métadiorite quartzique syntectonique du complexe magmatique des chutes Gauthiot (665 ± 1 Ma: âge U-Pb sur zircon, Penaye et al., 2006) correspond à la mise en place de magmas contemporains d'une première collision, qui implique le massif du Mayo Kebbi et le bloc rigide de l'Adamaoua-Yadé à l'Est. Cet évènement marque le début de la fermeture du bassin arrière-arc de Zalbi et d'un épaississement crustal.Phase 4 : L'épaississement est responsable de la différentiation intracrustale par fusion partielle des roches accrétées au cours des phases précédentes à la base de l'arc. Pendant cette phase se mettent en place des magmas tonalitiques, dont la tonalite à hornblende-biotite de Guegou (complexe magmatique de Léré) datée à 647 ± 5 Ma (U-Pb sur zircon). Les magmas produits ont des caractères de magmas TTG et laissent un résidu à grenat à la base de la croûte continentale.Phase 5: La tonalite syntectonique du complexe magmatique de Figuil, datée à 618 ± 6 Ma (U-Pb sur zircon), se distingue par eNd initial = -3 et 87Sr/86Sr initial = 0,7073. Les signatures isotopiques de cette tonalite démontrent l'implication dans le magmatisme d'une croûte Pré-Néoprotérozoïque. Elle est contemporaine d'une deuxième collision qui fait intervenir le massif du Mayo Kebbi et le domaine Occidental de la Ceinture Orogénique d'Afrique Centrale.Phase 6: La mise en place du granite de type A de Zabili à 567 ± 10 Ma (âge U-Pb sur zircon) est associée aux dernières manifestations magmatiques du cycle orogénique panafricain (intrusions post-tectoniques). Les caractères géochimiques (appauvrissement extrême en Sr, Eu, Ca, Mg, Ni) et isotopiques (eNd initial = +3 à +7) de ce granite indiquent une origine par cristallisation fractionnée à partir de magmas d'origine mantellique et contamination de ceux-ci au cours de leur mise en place dans la croûte supérieure par une composante crustale ancienne / The Mayo Kebbi massif (south-western Chad) is located between the Congo craton, the West African craton and the Saharan Metacraton. It consists of two greenstone belts (Zalbi and Goueygoudoum), three magmatic complexes (Gauthiot falls, Lere, Figuil) and post-tectonic intrusions distinguished on the basis of their structural, petrological, geochemical and geochronological characteristics. The geodynamic evolution of this massif includes the following phases:Phase 1: Emplacement of a Mafic to Intermediate Plutonic (MIP) complex. Boloro metadiorite, which belongs to this complex, is dated at 748 ± 4 Ma (U-Pb zircon age). This metadiorite is enriched in REE and characterized by LaN/YbN ~ 12, Sr/Y > 32, high LILE, Cr and Ni contents but negative anomalies in Nb-Ta. These features are attributed to partial melting of the slab followed by interaction of the produced magmas with the mantle wedge during their ascent.Phase 2: Emplacement of metagabbros and metabasalts (700 ± 10 Ma: U-Pb zircon age) of the Zalbi metavolcanic-sedimentary group. These rocks are characterized by a decoupling of LILE and HFSE, negative Nb-Ta anomalies, weak to moderate LREE fractionation relative to HREE. In particular, their geochemical characteristics are similar to modern back-arc basins. The isotopic compositions of Sr and Nd of these rocks preclude contamination by old continental crust of the related magmas during their emplacement. Accordingly, the MIP complex and the Zalbi metavolcanic-sedimentary group are associated to juvenile accretion in an island arc/back-arc basin tectonic setting.Phase 3: The syntectonic quartz metadiorite of Gauthiot Falls magmatic complex (665 ± 1 Ma: U-Pb zircon age, Penaye et al., 2006) is emplaced during a first collision event, which involves the Mayo Kebbi massif and the Adamaoua-Yade domain to the east. This event marks the beginning of the closure of the Zalbi back-arc basin and crustal thickening.Phase 4: The thickening is responsible of intra-crustal differentiation by partial melting of rocks accreted during the previous phases at the base of the arc. During this phase, several tonalitic intrusions are emplaced, including hornblende-biotite tonalites of Gauthiot Falls and Guegou tonalite (Lere magmatic complex). The latter is dated at 647 ± 5 Ma (U-Pb zircon age). The produced magmas have typical features of TTG magmas, leaving a garnet bearing residue at the base of the continental crust.Phase 5: The syntectonic tonalite of Figuil magmatic complex dated at 618 ± 6 Ma (U-Pb zircon age), is characterized by initial ?Nd = -3 and initial 87Sr/86Sr = 0.7073 attesting for the involvement of pre-Neoproterozoic crust on its origin. It marks a second collision event between the Mayo Kebbi massif and the Western domain of the Central African Orogenic Belt to the west.Phase 6: The Zabili A-type granite emplaced at 567 ± 10 Ma (U-Pb zircon age) and is related to the last magmatic events of the Pan-African orogenic cycle (post-tectonic intrusions). The geochemical (low Sr, Eu, Ca, Mg, Ni) and isotopic compositions (initial ?Nd = +3 à +7) of this granite point to an origin involving extreme fractionation of mantle-derived magmas which interacted with an old crustal component during their emplacement in the upper continental crust

L'influence de l'érosion sur la localisation de la déformation dans une chaîne de montagnes est un phénomène souvent envisagé à la suite de modélisations numériques. Or les données géologiques pertinentes en faveur de cette hypothèse sont encore fort peu nombreuses. Aussi, la mise en évidence d'une évolution temporelle et spatiale de la déformation constitue une observable clef pour tester les relations érosion/localisation de la déformation. Nous testons cet effet, sur un objet géologique soumis à des conditions de déplacements aux limites simples et sur un objet géologique soumis à des conditions climatiques et érosives variables latéralement : le flanc sud de l'Himalaya (située au dessus d'un décollement crustal majeur). Elle est soumise à une convergence continue et de valeur constante depuis au moins une dizaine de millions d'années et sa rhéologie est invariante au cours du temps ; elle est en revanche soumise à un gradient climatique d'est en ouest (transversalement par rapport à la direction de convergence), gradient de plus variable au cours du temps. Nous avons mis en oeuvre des techniques de thermochronologie basse température pour consituer une base de données conséquente, que nous avons utilisée dans des modélisations numériques thermo-cinématiques directes et inverses. Nous montrons que 1) au Népal central,le MHT présente une rampe crustale prononcée, et aucun mécanisme de chevauchement en hors-séquence n'est nécessaire pour expliquer les données, 2) la géométrie du MHT varie d'est en ouest, avec une rampe moins prononcée dans l'est de la chaîne, et 3) les variations latérales en terme de mise en place et de cinétique du MFT sont peu importantes.

L’architecture crustale d’orogènes d’accrétion et de collision à grande échelle est étudiée en combinant géologie structurale, litho-stratigraphie, géochronologie et pétrologie magmatique avec les données gravimétriques, magnétiques et sismiques. Cette approche pluridisciplinaire permet de caractériser la structure et la composition de la croûte orogénique dans deux systèmes d’accrétion-collision : la Ceinture Orogénique d’Asie Centrale (CAOC) et le Massif de Bohême. La CAOC représente près d’un tiers du continent asiatique actuel. Ce système orogénique s’est construit par une accrétion continue de matériel depuis le Paléozoïque jusqu’au début du Mésozoïque, suivie par une collision durant le Mésozoïque. La comparaison des champs de potentiels avec les données géologiques met en évidence une compartimentation erronée de l’orogène en unités litho-stratigraphiques. Par rapport à la géologie, la géophysique permet une analyse directe des structures de la croûte orogénique sur toute son épaisseur. Le travail de thèse présente une compilation de données géologiques et de traitements gravimétriques et magnétiques inédits, dont la modélisation préliminaire pour contraindre l’architecture de la croûte continentale est proposée. Le Massif de Bohême possède quant à lui un catalogue de données complémentaires plus conséquent, ce qui permet une modélisation géophysique 3D plus précise. Dans cette zone, les données géophysiques mettent en évidence l’existence d’une croûte inférieure allochtone de composition felsique. Ceci indique que la croûte orogénique hercynienne est également le résultat d’une accrétion de portions crustales contrastées. / Large-scale accretionary and collisional crustal orogenic architecture is studied combining structural geology, lithostratigraphy, geochronology and magmatic petrology with gravity, magnetic and seismic data. This multidisciplinary approach allows characterizing the structure and composition of the orogenic crust in two accretionary-collisional systems. The Central Asian Orogenic Belt (CAOB) constituting one third of the Asia continent and the Bohemian Massif are two Palaeozoic orogens formed by accretion followed by collision. It is proposed that the CAOB formed by successive Paleozoic accretion of oceanic and continental fragments followed by a late Palaeozoic to early Mesozoic N-S convergence of North Chinese and Siberian Cratons. The comparison between the potential fields and the geological data reveals an incorrect compartmentalization into different lithostratigraphic terranes. In contrast to geology the geophysical approach allows the analysis of the crustal structures on a complete thickness of crustal column. This thesis presents a compilation of geological data combined with unique gravity and magnetic results which are integrated into a preliminary model for the architecture of the continental crust. Conversely, an important collection of complementary data is available for the Bohemian Massif, allow more precise 3D geophysical forward modeling. In this area, geophysical data reveal the occurrence of an allochtonous lower crustal layer with a felsic composition. This indicates that the Variscan orogenic crust actually resulted from the accretion of contrasted crustal fragments.

L’Anatolie fait partie d’un vaste domaine orogénique qui s’étend des Alpes à l’Himalaya. Les sutures ophiolitiques rencontrées marquent les cicatrices de plusieurs domaines océaniques (branches de la Néotéthys Nord), interdigités entre plusieurs blocs crustaux au cours du Mésozoïque. La fermeture de ces domaines au Crétacé supérieur est accompagnée de la mise en place de bassins tertiaires syn-orogéniques dont fait partie le Bassin de Sivas, limité au nord par le bloc du Kırşehir et au Sud par les Taurides. Une étude structurale de terrain, complétée d’analyses géochimiques, biostratigraphiques et thermochronologiques ainsi que l’étude de 700 km de lignes sismiques 2D inédites, a été menée pour tenter de comprendre (i) le contexte géodynamique régional et (ii) l’architecture tectono-sédimentaire de ce bassin.L’étude des ophiolites présentes le long de la bordure sud du Bassin de Sivas met en évidence des péridotites intensément serpentinisées. La partie supérieure de l’ophiolite présente des brèches et ophicalcites caractéristiques de l’exhumation mantellique, alors que l’analyse géochimique des corps magmatiques révèle un environnement de supra-subduction, daté à circa 90 Ma (U-Pb sur zircon). Ces analyses démontrent la présence d’un domaine océanique embryonnaire entre le Kırşehir et les Taurides, dont la fermeture s’initie le long d’ancienne failles de détachement. L’obduction de la nappe de péridotite et de son mélange frontal sur la marge Nord des Taurides entre le Turonien et le Maastrichtien, permet de former le « socle ophiolitique » commun aux bassins est-anatoliens. L’analyse détaillée de la partie centrale du bassin, en carte et à l’aide de lignes sismiques 2D inédites et de thermochronologie basse température [AFTA et (U-Th)/sur apatite], a permis de proposer un modèle d’évolution cinématique sur la base de coupes équilibrées. La propagation de la déformation vers le Nord, initiée dès l’Eocène inférieur, permet l’isolation progressive du bassin et une forte accumulation d’évaporites à l’Eocène supérieur. Les dépôts de l’Oligo-miocène sont ensuite contrôlés par l’halocinèse, permettant la mise en place de deux générations de mini-bassins salifère, séparés d’une canopée. Les géométries dans le domaine halocinétique, et les variations latérales dans le bassin, montrent le contrôle exercé par (i) le bassin pré-évaporite affleurant le long de la moitié sud du bassin et (ii) l’épaisseur du niveau de sel initial.L’intégration de ces observations à l’échelle régionale met en évidence un contrôle du raccourcissement crustal, dans les Taurides et les bassins tertiaires, lié à la fermeture de la Néotéthys Sud, en générant l’émergence de structures de socles. La collision enregistrée à l’Oligocène supérieur - Miocène lors de l’indentation de la plaque Arabe le long des Taurides est contemporaine de la déformation du Bassin de Sivas et des bassins adjacents. / Anatolia is part of a vast orogenic domain that extends from the Alps to the Himalayas. Numerous ophiolitic sutures defined the remnants of several oceanic domains (Northern and southern Neotethys), between continental fragments formed during Mesozoic time. Oceanic closure during Late Cretaceous is recorded by the establishment of syn-orogenic tertiary basins, including the Sivas Basin bounded to the north by the Kırşehir block and to the south by the Taurides. An extended study based on field and completed by geochemistry, biostratigraphy and thermochronology analyzes and more than 700 km unpublished seismic data, was conducted to resolve (i) the regional geodynamic context and (ii) the tectono-sedimentary architecture of this basin.The ophiolites located along the southern edge of the Sivas Basin are made of serpentinized peridotites. The upper part of the ophiolite present breccias and ophicalcites commonly described as associated to mantle exhumation environment, while the geochemical analysis of the magmatic bodies reveals a supra-subduction environment dated at circa 90 Ma (U-Pb on zircon). These observations are in agreement with an embryonic ocean domain located between the Kırşehir and the Taurides, the closure which was initiated along fossil detachment faults. The obduction of the peridotite nappe and its frontal mélange on the northern margin of the Taurides between the Turonian and the Maastrichtian allows forming the “ophiolitic basement” of the east-anatolian basins.A detailed map and cross-section analysis, supported by 2D seismic lines and low-temperature thermochronology [AFTA and (U-Th) / on apatite], resulted in a kinematic evolution model and the realization of balanced cross-sections. The propagation of the deformation towards the north, initiated in the Lower Eocene, results in the progressive isolation of the basin and a strong accumulation of evaporites during the Upper Eocene. The Oligo-Miocene depocenters were controlled by halokinesis, forming two generations of mini-basins, separated by a salt canopy. The geometries in the halokinetic domain and the lateral variations in the basin show the control exerted by (i) the pre-evaporite basin outcropping along the southern half of the basin and (ii) the thickness of the initial salt level.Integration at the regional scale within the Taurides highlights the propagation of crustal shortening related to the Southern Neotethys closure, which formed linear tectonic basement exhumation. The collision recorded in the Upper Oligocene - Miocene during the indentation of the Arabic plate along the Taurides is contemporaneous to the deformation the Sivas Basin.