Introduction: Aperçu de la situation géologique et de l'historique des recherches CHAP. I - Physiographie des roches de la chaîne pré-triasique. __ A. Nomenclature. __ B. Méthodes spéciales employées pour la détermination des minéraux __ C. Les types structuraux __ Types 1 Roches ultrabasiques massives __ Types 2 Roches ultrabasiques schisteuses et foliacées __ Types 3 Gabbrodiorites massives (y compris les faciès leucocrates, mélanocrates et pegmatitiques) __ Types 4 Amphibolites feldspathiques foliacées ("Flasergabbros" et "Bänderamphibolite") __ Types 5 Roches cornéo-gneissiques __ Types 6 Quartzites, gneiss et schistes __ Types 7 Roches aphanitiques hémato-potassiques et quartzo chloriteuses de Chamrousse __ Type 8 Filons minéralisateurs de quartz __ Types 9 Paragénèses de minéraux remplissant des fentes __ D. L'association chorismatique des divers types et leur gisement géologique CHAP. II - Composition chimique et caractères provinciaux des roches basiques A. La composition minéralogique virtuelle B. Les relations provinciales des roches basiques CHAP. III - Stratigraphie de la couverture sédimentaire A. La série mésozoïque de la Croix de Chamrousse B. La série de la Balme-Recoin C. Comparaison avec la suite idéalisée du Trias de la zone cristalline externe D. Les spilites intercalés dans les strates du Trias et du Lias inférieur de la zone dauphinoise F. Résumé CHAP. IV - Tectonique A. La tectonique anté-westphalienne B. La tectonique postérieure C. Résumé CHAP. V - Pétrogénèse et orogénèse __ A. Historique __ B. La conception de l'auteur CHAP. VI Remarques sur les formations quaternaires, l'hydrologie et la morphologie __ Bibliographie des ouvrages consultés

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

Le gisement nickélifère latéritique de Nouvelle-Calédonie, développé au toit de la Nappe des Péridotites, représente près de 20% des ressources mondiales en nickel. Afin de mieux comprendre la formation de ce gisement, notre étude, portant sur le massif de Koniambo, se singularise par la volonté de ne pas se focaliser uniquement sur la zone minéralisée. L’approche employée a combiné : i) l’analyse de la déformation interne de l’ensemble du massif, ii) la caractérisation isotopique de deux sous-produits supposés de l’altération supergène que ont les veines de quartz et les veines de magnésite, iii) la modélisation 3D du gisement nickélifère, basée sur les données de plus de 6000 forages de subsurface et sur l’étude d’affleurements ponctuels au sein de la zone minéralisée. L’évolution spatiale et temporelle de la déformation associée à la serpentinisation est décrite au travers des ~800 m d’épaisseur structurale du massif de Koniambo. La partie supérieure du massif, très fracturée, préserve la marque d’au moins deux événements précoces de déformation. Le premier est associé au réseau de failles à antigorite et le second au réseau de failles à serpentine polygonale. La semelle serpentineuse, épaisse de ~200 m, est constituée de brèches et mylonites et enregistre un cisaillement tangentiel diffus associé à la serpentine polygonale et à la magnésite. La semelle représente ainsi un niveau de décollement majeur en base de nappe. Entre la semelle et le haut du massif, un niveau intermédiaire est identifié, caractérisé par la présence de zones de cisaillement plurimétriques probablement connectées à la semelle. La caractérisation 3D de la distribution du nickelau sein du niveau saprolitique, à l’échelle du gisement comme à l’échelle de l’affleurement, permetde mettre en évidence l’existence de processus impliquant une redistribution non pas seulement verticale, comme il est classiquement admis, mais aussi latérale, mécanique ou associée à des fluides, à l’origine d’importants enrichissements locaux. L’analyse isotopique des veines de quartz associées au minerai garniéritique met en évidence les conditions d’hydrothermalisme de basse température associées à leur formation. La caractérisation structurale et isotopique (couplage ''isotopes stables'' et ''clumped isotope thermometry'') des veines de magnésite situées dans la semelle serpentineuse permet de documenter leur caractère syn-tectonique et la nature météorique et de basse température du fluide dont elles sont issues. Ceci nous amène à proposer que la tectonique active a pu faciliter l’infiltration de l’eau météorique impliquée dans le processus de latérisation depuis le sommet jusqu’à la base de la nappe. / The New Caledonia nickel laterite ore deposit, developed at the top of the Peridotite Nappe, hosts about 20% of the nickel resources worldwide. In order to better understand the formation of this eposit, our study, focusing on the Koniambo Massif, is not restricted to the ore zone but concerned with the whole peridotite pile. Our approach combined: i) the analysis of the internal deformation of the massif, ii) the isotopic characterization of quartz and magnesite veins which are suspected to represent by-products of the laterization process, iii) the 3D modelling of the lateritenickel ore deposit, based on a dataset of ~6000 subsurface boreholes and the study of some outcrops located into the mineralized area. The spatial and temporal evolution of the deformation associated with serpentinization is described across the ~800 m-thick rock pile of the Koniambo Massif. The upper part of the massif is densely faulted and preserves the record of two early deformation events. The first one is associated with synantigorite faults and the second one with syn-polygonal serpentine faults. The ~200m-thick serpentine sole is composed of breccias and mylonites and records pervasive tangential shearing associated with polygonal serpentine and magnesite. Thus, the serpentine sole represents a major décollement at the base of the nappe. Between the sole and the upper part of the massif, anintermediate structural level is identified, characterized by the presence of plurimetric shear zones that probably merge with the sole.The 3D characterization of the nickel distribution in the saprolite level, at both deposit and outcrop scales, gives evidence for processes implying not only vertical (as commonly assumed) but also lateral nickel redistribution. This lateral transport ismechanical or associated with fluids and leads to significant local enrichments. The isotopic characterization of the quartz veins associated with garnieritic ore shows that they formed under low temperature hydrothermal conditions. The structural and isotopic (coupling “stable isotope” and “clumped isotope thermometry”) characterization of the magnesite veins located at the serpentine sole shows that they are syn-tectonic and derived from low temperature meteoric water. As a result, we propose that active tectonics has enhanced the infiltration of the meteoric waters involved in the laterization process down to the base of the nappe.

La thèse est basée sur une étude pétrologique et géochimique de xénolites mantelliques provenant du centre du craton sibérien et de l’Asie centrale entre le lac Baïkal et la Mongolie. Le but est d’établir l'état redox du manteau lithosphérique continental dans ces deux domaines géodynamiques distincts (ancien craton, ceinture mobile phanérozoïque) et mettre la fugacité d’oxygène en relation avec le régime thermique et la spéciation des fluides C-O-H. Les fugacités d’oxygène sont calculées sur la base des rapports Fe2+/Fe3+ dans les minéraux (spinelles et grenats) de péridotites, obtenus par spectrométrie Mössbauer. En détail, l’étude porte sur : (i) les microstructures et la composition minéralogique et chimique des xénolites ; (ii) les rapports Fe2+/Fe3+ dans les minéraux par spectrométrie Mössbauer; (iii) les températures et pressions d’équilibration des xénolites; (iv) la fugacité d’oxygène à partir des compositions des minéraux; (v) la spéciation des fluides C-O-H coexistant avec les roches mantelliques. Les résultats supportent les trois conclusions majeures. (1) La fugacité d’oxygène dans le manteau Iithosphérique au centre du craton sibérien décroît de +1 à -4 ΔlogʄO2 (FMQ) entre 70 et 220 km, accompagnée de variations latérales significatives. (2) L’état redox du manteau lithosphérique en Asie centrale est très hétérogène avec une décroissance importante lors de la transition spinelle-grenat de +0 à -3 ΔlogʄO2 (FMQ) à 50-90 km. (3) La spéciation des fluides C-O-H évolue avec la profondeur depuis H2O-CO2 en haut du manteau vers H2O-CH4 à la limite lithosphère-asthénosphère, indépendamment du profil thermique et de l’épaisseur de la lithosphère / The thesis is based on a petrologic and geochemical study of mantle xenoliths from the central Siberian craton and the Baikal-Mongolia region of central Asia. Its goal is to establish the redox regime of the lithospheric mantle in these two domains with distinct tectonic settings and age and relate it to thermal regime and the speciation of C-0-H fluids. Oxygen fugacity is calculated based on Fe2+/Fe3+ ratios in spinel and garnet of mantle peridotites obtained by Mössbauer spectroscopy. The study deals with the following topics: (i) microstructures, chemical and mineralogical composition of the xenoliths; (ii) Fe2+/Fe3+ ratios in minerals by Mössbauer spectroscopy; (iii) equilibration temperatures and pressures using mineral thermo-barometry; (iv) oxygen fugacity from mineral compositions using oxybarometry; (v) proportions of molecular components in C-0-H fluids coexisting with the studied rocks. The three main conclusions of this study are: (1) Oxygen fugacity in the lithospheric mantle in the central Siberian craton decreases from +1 to -4 ΔlogʄO2 (FMQ) at depths from 70 to 220 km and shows significant lateral variations. (2) The lithospheric mantle beneath the Baikal-Mongolia region shows important redox heterogeneities, with a sharp decrease in oxygen fugacity (from +0 to -3 AlogfO2 (FMQ)) during the transition from the spine! to garnet facies peridotites at 50 to 90 km. (3) The speciation of C-O-H fluids changes with depth from essentially H2O-CO2 in the shallow lithospheric mantle to H2O-CH4 at the lithosphere-asthenosphere boundary regardless of the thermal state and the thickness of the lithosphere

La découverte récente de roches mantelliques à l'affleurement en pied de marge continentale passive, à la limite entre la croûte continentale amincie et la croûte océanique, a remis en question les modèles d'extension de la lithosphère continentale. Deux approches ont été choisies ici pour essayer de comprendre les mécanismes d'amincissement de la lithosphère continentale et de remontée du manteau sous une zone de rift: (1) une approche expérimentale sur modèles réduits analogiques dimensionnés, comparés à des modèles analytiques et (2) une étude pétro-structurale des péridotites et des roches du socle continental de la marge profonde de la Galice. Les modèles montrent que la déformation de la lithosphère, assimilée à une multicouche fragile-ductile, est guidée par l'amplification d'instabilités dues à l'hétérogénéité verticale de la structure rhéologique; en extension, ces instabilités développent le boudinage des niveaux les plus résistants (croûte supérieure et manteau superficiel pour une lithosphère stable de 100 à 120 km d'épaisseur). Ce boudinage est accomodé dans les niveaux ductiles découplants (croûte inférieure et manteau lithosphérique) par la création d~ zones de cisaillement en faille normale. Le couplage des niveaux résistants contrôle la largeur et le degré de symétrie interne de la zone lithosphérique déformée. Ce modèle mécanique de formation des marges par boudinage montre en particulier que la remontée du manteau sous une zone de rift jusqu'à la surface peut être une conséquence directe de l'amincissement de la lithosphère; le dôme mantellique est symétrique, tandis que la structure interne de la lithosphère amincie peut être asymétrique. L'étude pétro-structurale des péridotites serpentinisées de la marge de la Galice a montré qu'elles ont subi une fusion partielle limitée dans les conditions du faciès à plagioclase, compatible avec une décompression adiabatique pendant leur remontée. Elles ont été mylonitisées pendant leur mise en place dans la lithosphère dans une zone de cisaillement à rejet normal à faible pendage vers le continent, puis ont subi une déformation cassante et une serpentinisation tardive en arrivant près de la surface. Cette évolution et la cinématique de la déformation sont compatibles avec la montée d'un dôme mantellique à l'aplomb de la zone ' lithosphérique amincie pendant la phase de rifting continental qui a précédé l'océanisation. Le modèle de boudinage est appliqué à la formation de la marge de la Galice, en tenant compte des contraintes apportées par la structure et l'évolution de la marge et des péridotites.

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.

L'accrétion océanique au niveau des dorsales lentes est alimentée par un apport magmatique et par l'exhumation de péridotites mantelliques. Une partie de la chaleur dégagée lors du refroidissement et de la cristallisation des magmas sert de moteur à la circulation hydrothermale qui peut transporter de l'eau de mer jusqu'aux roches mantelliques. Une réaction d'oxydoréduction impliquant l'eau de mer, l'olivine et le pyroxène des péridotites peut alors avoir lieu pour produire de la serpentine, de la magnétite et de l'hydrogène. Cette réaction, dite de serpentinisation, contrôle les propriétés physico-chimiques de la lithosphère océanique et est, de fait, incorporée dans les modèles géophysiques avec une cinétique encore mal contrainte. Ce travail de thèse est centré sur la cinétique d'hydratation de l'olivine de San Carlos, une réaction de serpentinisation simple. Un dispositif expérimental de suivi de la cinétique d'hydratation a été mis au point, basé sur la mesure du signal magnétique associé à la magnétite formée. Cette méthode, couplée à une modélisation thermodynamique, permet également de quantifier indirectement la production d'hydrogène. L'influence de la taille initiale des grains l'olivine et de la température sur la cinétique d'hydratation a aussi été étudiée. Une augmentation de la vitesse de serpentinisation dans les premiers temps de la réaction est mise en évidence et expliquée par la mise en place de microtextures également observées dans le milieu naturel (puits de corrosion et fractures) contribuant à un accroissement de la surface réactive. De manière générale, la cinétique de serpentinisation obtenue ici est de un a deux ordres de grandeur plus lente que celle utilisée jusqu'alors dans les modèles géophysiques. En plus de cette étude expérimentale, une réaction d'oxydoréduction dans un contexte naturel a été étudiée au niveau d'une zone réactionnelle entre des serpentinites et des marbres en Corse alpine. Sur la base d'une approche pétrographique et thermodynamique, la présence de wollastonite, CaSiO3, est expliquée par l'atteinte de conditions très réductrices associées à la présence de fluides riches en hydrogène en contexte de subduction. Ces fluides sont interprétés comme résultant de la conservation du potentiel réducteur des serpentinites au cours de la subduction.

L'accrétion océanique au niveau des dorsales lentes est alimentée par un apport magmatique et par l'exhumation de péridotites mantelliques. Une partie de la chaleur dégagée lors du refroidissement et de la cristallisation des magmas sert de moteur à la circulation hydrothermale qui peut transporter de l'eau de mer jusqu'aux roches mantelliques. Une réaction d'oxydoréduction impliquant l'eau de mer, l'olivine et le pyroxène des péridotites peut alors avoir lieu pour produire de la serpentine, de la magnétite et de l'hydrogène. Cette réaction, dite de serpentinisation, contrôle les propriétés physico-chimiques de la lithosphère océanique et est, de fait, incorporée dans les modèles géophysiques avec une cinétique encore mal contrainte. Ce travail de thèse est centré sur la cinétique d'hydratation de l'olivine de San Carlos, une réaction de serpentinisation simple. Un dispositif expérimental de suivi de la cinétique d'hydratation a été mis au point, basé sur la mesure du signal magnétique associé à la magnétite formée. Cette méthode, couplée à une modélisation thermodynamique, permet également de quantifier indirectement la production d'hydrogène. L'influence de la taille initiale des grains l'olivine et de la température sur la cinétique d'hydratation a aussi été étudiée. Une augmentation de la vitesse de serpentinisation dans les premiers temps de la réaction est mise en évidence et expliquée par la mise en place de microtextures également observées dans le milieu naturel (puits de corrosion et fractures) contribuant à un accroissement de la surface réactive. De manière générale, la cinétique de serpentinisation obtenue ici est de un a deux ordres de grandeur plus lente que celle utilisée jusqu'alors dans les modèles géophysiques. En plus de cette étude expérimentale, une réaction d'oxydoréduction dans un contexte naturel a été étudiée au niveau d'une zone réactionnelle entre des serpentinites et des marbres en Corse alpine. Sur la base d'une approche pétrographique et thermodynamique, la présence de wollastonite, CaSiO3, est expliquée par l'atteinte de conditions très réductrices associées à la présence de fluides riches en hydrogène en contexte de subduction. Ces fluides sont interprétés comme résultant de la conservation du potentiel réducteur des serpentinites au cours de la subduction. / Slow-spreading ridges are fed by a magmatic input and the exhumation of mantle peridotites. Part of the magmatic heat is evacuated through the hydrothermal circulation which can transport seawater up to the mantle rocks. A RedOx reaction between seawater and the olivine and pyroxene from the peridotite can then take place, producing serpentine, magnetite and hydrogen. This reaction, so-called serpentinization, controls the physical and chemical properties of the oceanic lithosphere and is, thus, considered in geophysical models even if its kinetics are poorly constrained. Therefore, this study focuses on the kinetics of San Carlos olivine hydratation, a simple serpentinization reaction. An experimental method has been developed which allows monitoring magnetically the kinetics of the reaction of interest through the amount of magnetite that it produces. This method provides also an indirect estimate of the hydrogen production when coupled to thermochemical modeling. The influence of initial grain size and temperature on the hydration kinetics has also been investigated. An increase in the serpentinization rate at the beginning of the reaction is explained by the formation of microtextures also observed in natural samples (fractures and etch pits) which contribute to the generation of new reactive surface area. The inferred kinetics of serpentinization are by one to two orders of magnitude lower than the one commonly input in geophysical models. In addition to this experimental study, a natural case of RedOx reaction involving serpentinites has been studied which deals with a decimetre wide reaction zone between serpentinites and marbles from Alpine Corsica. The presence of wollastonite, CaSiO3, is explained on a petrological and thermodynamical basis as related to highly reducing conditions characterized by the presence of H2-rich fluids in this subduction zone environment. These fluids are interpreted as resulting from the conservation of the reducing potential of serpentinites throughout the subduction process.

L’objectif de cette thèse est de comprendre (1) si l’exhumation des roches mantelliques aux dorsales océaniques est compatible avec l’enregistrement des inversions de polarité du champ magnétique terrestre, (2) quels sont les processus associés aux anomalies magnétiques observées à l’aplomb des transitions océan-continent et (3) quelles sont les conséquences de ces processus sur les mécanismes de l’océanisation. Afin de travailler avec des données de résolution maximum, une méthode de calibration et d’interprétation des données magnétiques acquises proches du fond est développée dans le premier chapitre. Dans le deuxième chapitre, cette méthode est appliquée aux données magnétiques acquises à l’aplomb des domaines de manteau exhumé de la dorsale Sud-Ouest Indienne (SWIR). Il est ensuite montré que l’exhumation des roches mantelliques est associée à un signal magnétique de faible amplitude et de faible continuité spatiale rendant impossible l’identification des anomalies magnétiques d’accrétion océanique. De fait, il est proposé que contrairement aux basaltes, les roches mantelliques exhumées de la SWIR ne portent pas une aimantation rémanente suffisamment stable pour fossiliser la direction du champ magnétique terrestre. Dans le dernier chapitre, il est démontré que l’anomalie « J », antérieurement interprétée comme la première isochrone associée à la partie distale des marges Ibérie/Terre-Neuve, est en fait identifiée à l’aplomb d’une structure crustale particulière caractérisée par un haut topographique et un épaississement crustal. Par conséquent, il est proposé qu’un évènement magmatique majeur est à l’origine de la création de cette structure crustale et que cet événement est le déclencheur de la mise en place de la première dorsale océanique. / The aim of this work is to constrain (1) whether exhumation of mantle rocks at mid oceanic ridges is compatible with the record of polarity reversals of the Earth magnetic field, (2) what is the origin and the processes responsible for the magnetic anomalies observed at magma-poor rifted margins and (3) what are the consequences of these processes on continental breakup. In a first part, in order to work with high-resolution data, we develop a method for calibration and interpretation of deep-tow three component magnetic data. In a second part, we apply these methods to the data acquired above the large exhumed mantle domains of the ultraslow-spreading Southwest Indian Ridge. We show that, in these areas, neither the magnetic properties of the dredge samples nor the deep-tow magnetic data are consistent with the seafloor-spreading magnetic pattern commonly observed at mid oceanic ridges. We further suggest that in contrast to mid oceanic ridges basalts the exhumed serpentinized mantle rocks do not carry a sufficiently stable remanant magnetization to produce marine magnetic anomalies. In the last part, we show that the “J” anomaly, previously interpreted as the first seafloor-spreading anomaly of the Iberia and Newfoundland passive margins, is associated with locally high topography and thickened crust. We propose that this peculiar crustal structure results from voluminous magma both erupted at the surface and added beneath the exhumed mantle domain. We therefore propose that the J anomaly did not form during seafloor spreading but instead represents a pulse of magmatism that have triggered continental breakup.

Cette thèse présente une analyse structurale et thermique des marges passives crétacées inversées dans la Zone Nord Pyrénéenne (ZNP). L'application du paléothermomètre RSCM (spectrométrie Raman de la matière carbonée) sur plus de cent échantillons répartis à travers la ZNP permet de préciser l'évolution thermique de la déchirure continentale. Un métamorphisme de haute température (450 à >600°C) se développe particulièrement au droit de zones ou la croûte continentale est extrêmement amincie voire éliminée. Les sédiments pré- et syn-rift sont marqués par une intense déformation ductile. L'analyse à l'EBSD des fabriques minérales indique une déformation de Haute-température contemporaine du métamorphisme HT-BP. Les conditions de mise en place crustale des péridotites et leur exhumation localisée sont examinées dans les localités d'Urdach, Saraillé-Tos de la Coustette, Moncaup, Lherz, Caussou-Bestiac et Salvezines. Les résultats indiquent un boudinage de la croûte continentale au cours du processus de rifting. Des décollements de couverture, principalement localisés dans les évaporites triasiques conduisent à la superposition directe des sédiments pré-rift sur le manteau exhumé. La notion nouvelle de soutirage crustal est introduite pour désigner ce processus dans lequel l'écoulement gravitaire ne joue pas un rôle principal. La caractérisation sédimentologique, pétrographique et isotopique (O et C) des différentes formations de brèches et ophicalcites observées à proximité des corps de péridotites permet de reconstituer les étapes de l'exhumation du manteau en pied de marge. Enfin de nouvelles datations permettent de mieux contraindre le calendrier des évènements successifs.