Les zones de subduction présentent un intérêt majeur en termes de ressources minérales, notamment à cuivre et or. De nombreuses études se sont focalisées sur les mécanismes physico-chimiques de formation de ces minéralisations, mais très peu se sont intéressées aux processus géodynamiques qui contrôlent ces mécanismes. Dans cette étude, j’identifie les processus mantelliques et crustaux, liés à la dynamique tridimensionnelle (3D) de la subduction, qui favorisent la genèse de ces concentrations métalliques. La zone de subduction est-Méditerranéenne présente une évolution tectonique et magmatique complexe, avec de nombreuses données métallogéniques disponibles, ce qui en fait une zone d’étude privilégiée afin d’étudier ces interactions entre subduction et minéralisations. Ce travail a consisté à (1) réaliser un nouveau modèle de reconstructions cinématiques de la région, (2) caractériser la distribution spatiale et temporelle des occurrences magmatiques et minéralisées à partir de ce modèle, (3) mettre en évidence, via une étude de terrain, le contrôle structural de ces minéralisations et (4) apporter des contraintes physiques aux modèles conceptuels alors proposés, à l’aide d’une étude de modélisation numérique thermo-mécanique 3D. Deux provinces métallogéniques ont ainsi été mises en évidence : (1) au Crétacé supérieur, une province riche en cuivre qui s’est développée dans un environnement d’arc et (2) à l’Oligocène-Miocène, une province riche en plomb-zinc puis en or, qui s’est mise en place dans un contexte d’arrière-arc. Ces épisodes fertiles sont contrôlés par le retrait de la zone de subduction et les flux asthénosphériques associés qui permettent l’instauration d’un régime tectonique extensif (ou transtensif) dans la lithosphère, favorisant la genèse de ces systèmes minéralisés. Leur contenu métallique ainsi que leur typologie est alors fonction (1) de l’intensité avec laquelle ces processus influent sur la cinématique de subduction et (2) de l’histoire géodynamique antérieure de cette zone de subduction. / Subduction zones display a major economic interest, in terms of mineral resources, with mainly copper and gold deposits. While many studies focus on ore-forming physico-chemical mechanisms, the control of geodynamic processes on such deposits remains poorly investigated. In this study, I track tridimensional (3D) subduction-related mantle and crustal processes that promote ore genesis. The eastern Mediterranean subduction zone is a relevant study area to explore subduction-mineralization interactions, because of its complex tectonic and magmatic evolution and the large number of available metallogenic data. This work consisted in (1) performing a new kinematic reconstruction model of this region, (2) using this model, characterizing the spatial and temporal distribution of magmatic and ore occurrences, (3) evidencing, on the field, the relations between mineralization and large-scale tectonic structures and (4) providing physical constrains to proposed conceptual models, using 3D thermo-mechanical numerical modeling. Two main metallogenic provinces are evidenced: a late Cretaceous copper-rich and an Oligocene-Miocene lead-zinc- then gold-rich provinces emplaced in an arc and back-arc context, respectively. These metallogenic periods are controlled by the subduction zone retreat and associated asthenospheric flow that results in an extensional (or transtensional) tectonic regime in the overriding lithosphere, promoting ore genesis. Their metal content, as well as their typology then depend on (1) how much these processes affect the subduction kinematics and (2) the past geodynamic evolution of this subduction zone.

Les ressources géothermales de haute température se localisent principalement le long des zones de subduction. Considérée comme amagmatique, la Province géothermale du Menderes (Turquie) offre l’opportunité d’étudier des systèmes géothermaux sans nécessairement invoquer une source de chaleur magmatique dans les premiers kilomètres de la croûte. Cette étude montre que les températures anormalement élevées dans la zone d’arrière-arcs sont principalement liées à la dynamique particulière de la subduction est-méditerranéenne (i.e. retrait et déchirure). Les résultats de modèles numériques suggèrent que le shear heating et les flux mantelliques modifient temporairement la quantité du flux de chaleur à la base de croûte. Par ailleurs, des études de terrain sur l’ensemble de la région (Cyclades, Dodécanèse et Anatolie occidentale) montrent une évolution tectonique et thermique similaire depuis le Crétacé, marquée minéralogiquement par une succession d’épisodes de HP-BT puis de HT-BP. Toutefois, l’apport des données TRSCM et radiochronométriques (⁴⁰Ar-³⁹Ar, U-Pb) souligne un évènement thermique majeur contemporain à la mise en place du dôme métamorphique du Menderes. Cet événement que l’on explique par un changement drastique de la dynamique de subduction (i.e. déchirure du panneau plongeant sous le Massif du Menderes), se développe au Miocène. Des structures d’échelle crustale (i.e. détachements)accommodent la mise en place du Massif du Menderes et contrôlent la circulation des fluides dans la croûte, depuis la zone de transition fragile-ductile jusqu’à la surface, sans nécessairement impliquer la contribution de systèmes magmatiques dans la croûte supérieure. La Province géothermale du Menderes est considérée comme une province de haute température de taille mondiale car elle résulte de la dynamique de subduction qui contrôle spatialement et temporellement l’intensité de l’anomalie thermique mais également la mise en place de structures perméables(détachements) d’échelle crustale favorisant la circulation des fluides. / High temperature geothermal resources are mainly located along subduction zones. The Menderes geothermal Province (Turkey) offers the opportunity to study amagmatic geothermal systems, without necessarily invoking a magmatic heat source in the upper crust. This study shows that high temperatures in the back-arc domain are primarily related to subduction dynamics (i.e. rollback and tearing). Numerical models suggest that shear heating and mantle flows increase temporarily the amount of heat flow at the base of the crust. Furthermore, field studies on the entire Aegean region (Cyclades, Dodecanese and Western Anatolia) show a similar tectonic and thermal evolution since the Cretaceous, characterized by a succession of episodes of HP-LT and HT-LP metamorphism. Moreover, the contribution of TRSCM and radiochronometric data (⁴⁰Ar-³⁹Ar, U-Pb) reveals the formation of a largethermal pulse contemporaneous with the exhumation of the Menderes MCC. This event occurs in the Miocene and may be explained by a drastic change in subduction dynamics (i.e. slab tearing under the Menderes Massif).Crustal-scale structures (i.e. detachments) induce the emplacement of the Menderes MCC, and also control deep fluids circulation in the crust from brittle-ductile transition zone to the surface without magmatic contribution inthe upper crust. As a consequence, the Menderes geothermal Province is recognized as a most important active geothermal province in the world because it results from subduction dynamics. This dynamics thus controls thespatial and temporal distribution of thermal anomaly and extension, inducing crustal-scale permeable structures(detachments) that enhance fluids circulation.

Cette étude vise à caractériser des fragments clés d’une interface de subduction fossile affleurant dans la Ceinture Métamorphique du Sud-Tianshan (Chine). Nous étudions les processus de subduction au travers de la profondeur critique de ~80 km, au-delà de laquelle la géophysique et les modèles prévoient un changement du couplage mécanique, et les roches océaniques ne sont normalement pas exhumées. Ce travail s’intéresse au Complexe Métamorphique Akeyazi (AMC), un épais empilement de roches métavolcanoclastiques enveloppant des écailles éclogitiques, exposé sur ~30 km dans la vallée de Kebuerte, et préservant de nombreuses reliques de coésites. L’étude structurale révèle que l’AMC est un dôme métamorphique consistant de plusieurs nappes cohérentes d’ampleur kilométrique avec des histoire P-T-t-d distinctes. 4 unités sur 6, i.e. UH (2.75 GPa/480-560°C), EB (2.1/505), MU (1.45/485) et GT (>0.7-1.0/470-520) ont été subduites à des profondeurs de ~85, 65, 45 et 30 km respectivement. La déformation rétrograde des unités, liée à leur exhumation, est caractérisée par des bandes de cisaillement top vers le Nord au faciès schiste bleu. Le pic d’enfouissement de ces unités a eu lieu à 320±1, 332±2, 359±2 et 280-310 Ma pour les unités UH, EB, MU et schiste vert, indiquant plusieurs courts épisodes de détachement de matériel de la plaque plongeante. L’évolution tectono-métamorphique de ~12 à 5-7°C/km au cours du temps peut refléter le refroidissement progressif de la subduction. La juxtaposition et l’exhumation à 1-3 mm/an de ces 4 unités à des profondeurs crustales a eu lieu autour de 290-300 Ma. / This study attempts to characterize key fossil fragments of material equilibrated along subduction plate boundary, now exposed in Chinese SW-Tianshan Metamorphic Belt (STMB). We herein elucidate some subduction zone processes across a critical depth range of ~80km, beyond which geophysicist and modeler infer a change in mechanical coupling and oceanic rocks are usually not recovered. It focuses on an unusually thick pile of HP/UHP metavolcanoclastics, wrapping eclogite slices and preserving pervasive coesite relics, along a ~30km-long transect across the Akeyazi metamorphic complex (AMC) in the Kebuerte valley. Structural studies reveal the current geometry of the AMC is a metamorphic dome with evidence of internal nappe stacking and should be subdivided into several coherent, km-scale tectonic units with distinct P-T-time-deformation histories. At least 4 of 6 sub-units identified here, i.e., the UH (2.75 GPa/480-560°C), EB (2.1/505), MU (1.45/485) and GT units (>0.7-1.0/470-520) were subducted and buried to depths of ~85, 65, 45 and 30 km respectively. Deformation following EC/BS-EC peak burial is marked by pervasive BS facies exhumation-related shear senses with a top to North component. Radiometric constraints yield peak burial ages of 320±1, 332±2, 359±2 and 280-310 Ma, respectively, for the UH, EB, MU and GS facies units, indicating several short-lived detachment episodes of material from the downgoing plate. The tectono-metamorphic evolution from ~12 to 5-7°C/km with time may reflect progressive cooling of the subduction system. Juxtaposition & exhumation of those 4 units to mid-crustal depth, at rates on the order of 1-3 mm/yr, was accomplished around 290-300Ma.