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Numerical models contribute to a substantial part of research conducted in Earth sciences. To be executed on a computer, the mathematical representations they depict are transformed into a computer program. The present article aims at following this transformation and at questioning the implications of rendering a representation computationally executable. It uses to this end a case study of the so-called “sticky air” numerical method employed in geodynamics, which consists of putting a layer of a hybrid material — a hundred thousand quintillion (1023) times more viscous than air — on top of the Earth crust. Far from being only a marginal and automatic step in the modelling process, the constitution of an executable computer code is the result of a profoundly creative and negotiated practice. Les modèles numériques nourrissent une part substantielle de la recherche en sciences de la Terre. Afin de pouvoir être exécutées sur ordinateur, les représentations mathématiques des processus qu’ils décrivent sont transformées en programme informatique. L’article se propose de suivre ce passage et d’interroger ce qu’implique le fait de rendre exécutable, au moyen de l’étude d’une méthode numérique employée en géodynamique et dite de « l’air collant ». Cette dernière consiste à surmonter la croûte terrestre d’un matériau hybride d’une viscosité cent mille milliards de milliards (1023) de fois supérieure à l’air et atteste des transformations requises afin de composer avec les contraintes du traitement numérique. Loin de n’être qu’une étape marginale et automatique du processus de modélisation, l’élaboration d’un code exécutable relève ainsi de pratiques profondément créatives et négociées. Los modelos numéricos constituyen una parte sustancial de la investigación en ciencias de la tierra. Para ser ejecutadas en una computadora, las representaciones matemáticas de los procesos que describen son transformados en programas informáticos. Este artículo pretende seguir este proceso y examinar lo que supone el hacer ejecutable un método numérico utilizado en geodinámica, conocido como «aire pegajoso». Este método consiste en superar la corteza terrestre con un material híbrido cuya viscosidad es cien mil trillones (1023) veces mayor que la del aire, y da fe de las transformaciones necesarias para hacer frente a las limitaciones del procesamiento digital. Lejos de ser un paso marginal y automático en el proceso de modelización, el desarrollo de código ejecutable es, por tanto, una práctica profundamente creativa y negociada. Numerische Modelle sind ein wesentlicher Bestandteil der Forschung in den Geowissenschaften. Um auf einem Computer ausgeführt werden zu können, werden die mathematischen Darstellungen der Prozesse, die sie beschreiben, in ein Computerprogramm umgewandelt. Der Artikel verfolgt diesen Prozess und untersucht, was es bedeutet, etwas ausführbar zu machen. Dafür untersucht er eine numerische Methode der Geodynamik, die sogenannte Methode der „klebrigen Luft“ (sticky air method). Bei dieser Methode wird die Erdkruste mit einem Hybridmaterial überzogen, dessen Viskosität hundert Trillionen (1023) Mal höher ist als die von Luft; sie veranschaulicht die Transformationen, die notwendig sind, um mit den Einschränkungen der numerischen Verarbeitung zurechtzukommen. Die Entwicklung eines ausführbaren Codes ist also keineswegs nur eine marginale und automatische Phase des Modellierungsprozesses, sondern ein zutiefst kreatives und ausgehandeltes Verfahren.

Numerische Modelle sind ein wesentlicher Bestandteil der Forschung in den Geowissenschaften. Um auf einem Computer ausgeführt werden zu können, werden die mathematischen Darstellungen der Prozesse, die sie beschreiben, in ein Computerprogramm umgewandelt. Der Artikel verfolgt diesen Prozess und untersucht, was es bedeutet, etwas ausführbar zu machen. Dafür untersucht er eine numerische Methode der Geodynamik, die sogenannte Methode der „klebrigen Luft“ (sticky air method). Bei dieser Methode wird die Erdkruste mit einem Hybridmaterial überzogen, dessen Viskosität hundert Trillionen (1023) Mal höher ist als die von Luft; sie veranschaulicht die Transformationen, die notwendig sind, um mit den Einschränkungen der numerischen Verarbeitung zurechtzukommen. Die Entwicklung eines ausführbaren Codes ist also keineswegs nur eine marginale und automatische Phase des Modellierungsprozesses, sondern ein zutiefst kreatives und ausgehandeltes Verfahren. Les modèles numériques nourrissent une part substantielle de la recherche en sciences de la Terre. Afin de pouvoir être exécutées sur ordinateur, les représentations mathématiques des processus qu’ils décrivent sont transformées en programme informatique. L’article se propose de suivre ce passage et d’interroger ce qu’implique le fait de rendre exécutable, au moyen de l’étude d’une méthode numérique employée en géodynamique et dite de « l’air collant ». Cette dernière consiste à surmonter la croûte terrestre d’un matériau hybride d’une viscosité cent mille milliards de milliards (1023) de fois supérieure à l’air et atteste des transformations requises afin de composer avec les contraintes du traitement numérique. Loin de n’être qu’une étape marginale et automatique du processus de modélisation, l’élaboration d’un code exécutable relève ainsi de pratiques profondément créatives et négociées. Numerical models contribute to a substantial part of research conducted in Earth sciences. To be executed on a computer, the mathematical representations they depict are transformed into a computer program. The present article aims at following this transformation and at questioning the implications of rendering a representation computationally executable. It uses to this end a case study of the so-called “sticky air” numerical method employed in geodynamics, which consists of putting a layer of a hybrid material — a hundred thousand quintillion (1023) times more viscous than air — on top of the Earth crust. Far from being only a marginal and automatic step in the modelling process, the constitution of an executable computer code is the result of a profoundly creative and negotiated practice. Los modelos numéricos constituyen una parte sustancial de la investigación en ciencias de la tierra. Para ser ejecutadas en una computadora, las representaciones matemáticas de los procesos que describen son transformados en programas informáticos. Este artículo pretende seguir este proceso y examinar lo que supone el hacer ejecutable un método numérico utilizado en geodinámica, conocido como «aire pegajoso». Este método consiste en superar la corteza terrestre con un material híbrido cuya viscosidad es cien mil trillones (1023) veces mayor que la del aire, y da fe de las transformaciones necesarias para hacer frente a las limitaciones del procesamiento digital. Lejos de ser un paso marginal y automático en el proceso de modelización, el desarrollo de código ejecutable es, por tanto, una práctica profundamente creativa y negociada.

Les modèles numériques nourrissent une part substantielle de la recherche en sciences de la Terre. Afin de pouvoir être exécutées sur ordinateur, les représentations mathématiques des processus qu’ils décrivent sont transformées en programme informatique. L’article se propose de suivre ce passage et d’interroger ce qu’implique le fait de rendre exécutable, au moyen de l’étude d’une méthode numérique employée en géodynamique et dite de « l’air collant ». Cette dernière consiste à surmonter la croûte terrestre d’un matériau hybride d’une viscosité cent mille milliards de milliards (1023) de fois supérieure à l’air et atteste des transformations requises afin de composer avec les contraintes du traitement numérique. Loin de n’être qu’une étape marginale et automatique du processus de modélisation, l’élaboration d’un code exécutable relève ainsi de pratiques profondément créatives et négociées. Numerical models contribute to a substantial part of research conducted in Earth sciences. To be executed on a computer, the mathematical representations they depict are transformed into a computer program. The present article aims at following this transformation and at questioning the implications of rendering a representation computationally executable. It uses to this end a case study of the so-called “sticky air” numerical method employed in geodynamics, which consists of putting a layer of a hybrid material – a hundred thousand quintillion (1023) times more viscous than air – on top of the Earth crust. Far from being only a marginal and automatic step in the modelling process, the constitution of an executable computer code is the result of a profoundly creative and negotiated practice. Los modelos numéricos constituyen una parte sustancial de la investigación en ciencias de la tierra. Para ser ejecutadas en una computadora, las representaciones matemáticas de los procesos que describen son transformados en programas informáticos. Este artículo pretende seguir este proceso y examinar lo que supone el hacer ejecutable un método numérico utilizado en geodinámica, conocido como «aire pegajoso». Este método consiste en superar la corteza terrestre con un material híbrido cuya viscosidad es cien mil trillones (1023) veces mayor que la del aire, y da fe de las transformaciones necesarias para hacer frente a las limitaciones del procesamiento digital. Lejos de ser un paso marginal y automático en el proceso de modelización, el desarrollo de código ejecutable es, por tanto, una práctica profundamente creativa y negociada. Numerische Modelle sind ein wesentlicher Bestandteil der Forschung in den Geowissenschaften. Um auf einem Computer ausgeführt werden zu können, werden die mathematischen Darstellungen der Prozesse, die sie beschreiben, in ein Computerprogramm umgewandelt. Der Artikel verfolgt diesen Prozess und untersucht, was es bedeutet, etwas ausführbar zu machen. Dafür untersucht er eine numerische Methode der Geodynamik, die sogenannte Methode der „klebrigen Luft“ (sticky air method). Bei dieser Methode wird die Erdkruste mit einem Hybridmaterial überzogen, dessen Viskosität hundert Trillionen (1023) Mal höher ist als die von Luft; sie veranschaulicht die Transformationen, die notwendig sind, um mit den Einschränkungen der numerischen Verarbeitung zurechtzukommen. Die Entwicklung eines ausführbaren Codes ist also keineswegs nur eine marginale und automatische Phase des Modellierungsprozesses, sondern ein zutiefst kreatives und ausgehandeltes Verfahren.

The main objective of this PhD thesis is the reconstruction of the geological history and geodynamics of the Deseado Massif, located in the central Patagonia foreland (Argentina). This goal, apart from its regional aspect aiming to constrain a poorly known area’s history, is also linked to a more global scientific question. Indeed, the Deseado Massif is a cratonic area, which its dynamic is linked to large scale processes (Gondwana fragmentation, Andean subduction...), and thus the understanding of its history allows to learn more about the mechanisms that trigger the dynamics of cratonic and stable zones over a long time, with more than a hundred million years.This study is based on a low temperature thermochronometers approach, which allow constraining the rocks evolution through time and space. The particular aspect of this study relies on the combination of multiple thermochronometers (fission tracks and (U-Th)/He on apatite and (U-Th)/He on iron and manganese oxides), the calibration of a helium diffusion model and the use of data inversion methods. This study allows the quantitative reconstruction of the burial and exhumation history of the Deseado Massif over the last 200 million years, and thus for the first time provide relevant calendar of its geodynamics. The results of this PhD thesis also demonstrate the unique dynamics of the Deseado Massif during the Gondwana break-up and the South Atlantic Ocean opening, compared to the other part of Patagonia.Finally, apart from its regional contributions, this thesis contributes to establish a new thermochronology methodologies adapted to study stable geodynamic areas over long periods of time., L’objectif de ce travail de thèse est la reconstruction de l’histoire géologique et plus particulièrement géodynamique du Massif du Deseado, situé dans l’avant-pays de la Patagonie centrale (Argentine). Cet objectif, en dehors de son aspect régional visant à contraindre l’histoire d’une zone peu investiguée, est aussi à rattacher à une problématique scientifique plus globale. En effet, le Massif du Deseado est une zone cratonique dont la dynamique est à relier des processus grande échelle (fragmentation du Gondwana, dynamique de la subduction Andine…), et ainsi comprendre son histoire c’est en apprendre plus sur les moteurs de la dynamique des zones cratoniques et stable sur de longues périodes, supérieur à la centaine de millions d’années.Pour se faire, cette étude se base sur l’utilisation de thermochronomètres basses températures, permettant de contraindre l’évolution des roches dans le temps et l’espace. L’aspect particulier de cette étude repose sur la combinaison de multiples thermochronomètres (traces de fission et (U-Th)/He sur apatite et (U-Th)/He sur oxydes de fer et de manganèse), la calibration d’un modèle de diffusion de l’hélium et l’utilisation de méthodes d’inversions des données. Cette étude a permis de reconstruire quantitativement l’enfouissement et l’exhumation du Massif du Deseado au cours des 200 derniers millions d’années, et de la sorte fournir pour la première fois un calendrier de son évolution géodynamique. Les résultats de cette thèse démontrent également la dynamique unique du Massif du Deseado au cours de la fragmentation du Gondwana et de l’ouverture de l’océan Atlantique Sud, au regard du reste de la Patagonie.Enfin, en dehors de ses apports régionaux, cette thèse participe à établir une nouvelle méthodologie en thermochronologie adaptée à l’étude des zones géodynamiques stables sur de longues périodes

In geodynamics, most of the deformation is accommodated at the edges of tectonic plates. However, the propagation of stress beyond these boundaries is at the origin of so-called "intraplate" deformations, which are of moderate intensity but control several processes, especially fluid circulations and mineralizations. These deformations, and in particular their link with the tectonic agenda established at the plate boundary, are still poorly understood today: are they anterior, coeval or posterior to the formation of the orogens? Are they single or multiple episodes, and over what duration? The work presented here aims to answer these questions by characterizing the intraplate domain located north of the Pyrenean Chain, in the Corbières, Languedoc and Grands Causses domains. The U-Pb geochronology on fault-related calcite, partly developed in the GEOPS laboratory during this work, is associated with a structural analysis of each domain in order to date its compressive deformation. The results obtained allow us to (1) clarify/establish the geodynamic timetables for each domain (2) place these intraplate deformations into the global geodynamic context and (3) establish the link between these deformations in the intraplate domain and those at the plate edges. Our results for the Corbières region, at the front of the orogen, reveal a phase of deformation during Lutetian times, offset from the paroxysm of exhumation in the chain at the Late Eocene. The region also records a miocene tectonic event coeval with the formation of the high elevation of low-relief surfaces of the Pyrenees and a deformation episode described on the Spanish side of the Pyrenees. The Languedoc area, and in particular the Cevennes Fault System, shows deformations associated with a continuous Pyrenean compression throughout the Eocene. In addition, U-Pb data indicate an albian activity of this fault system, coeval with the opening of the Pyrenean basins. Finally, the Grands Causses sector, corresponding to the study area farthest from the belt, shows a long and continuous deformation from the Lower Cretaceous to the Upper Eocene. All these results demonstrate that deformation in the intraplate domain is not limited to the paroxysmal phases of plate boundary deformation as previously proposed. Indeed, the intraplate domain presents a high sensitivity to plate edges deformation and thus, a strong deformability over important time periods, before, during and after the formation of plate boundary orogens., En géodynamique, l’essentiel des déformations est accommodé aux limites des plaques tectoniques. Pourtant, la propagation de la contrainte au-delà de ces frontières est à l’origine de déformations dites « intraplaques », d’intensité modérée mais qui contrôlent notamment des circulations de fluides et minéralisations. Ces déformations, et en particulier leur lien avec l’agenda tectonique établi en limite de plaque, sont aujourd’hui encore mal comprises : sont-elles antérieures, contemporaines, postérieures à la formation des orogènes ? S’agit-il d’épisodes uniques ou multiples, et sur quelle durée ? Les travaux présentés tentent de répondre à ces questions en s’appuyant sur la caractérisation du domaine intraplaque situé au Nord de la chaîne Pyrénéenne, dans la région des Corbières, du Languedoc et des Grands Causses. La méthode de datation U-Pb sur calcite de faille, développée en partie au laboratoire GEOPS au cours de ce travail, est couplée à une analyse structurale de chacune des zones afin de dater de manière absolue la déformation compressive dans les divers secteurs. Les résultats obtenus permettent ainsi de (1) préciser/établir les calendriers géodynamiques de chacun des secteurs (2) replacer ces déformations intraplaques dans le contexte géodynamique global et (3) établir le lien entre les déformations dans le domaine intraplaque et celles en bordure de plaque. Les travaux réalisés dans la région des Corbières, au front de l’orogène, mettent en évidence une phase de déformation au Lutétien, en décalage avec le paroxysme d’exhumation de la chaîne à l’Eocène supérieur. La région a également enregistré un évènement tectonique au Miocène, contemporain d’une phase d’exhumation de la chaîne, de la formation des surfaces « perchées » des Pyrénées et d’un épisode de déformation décrit sur le versant espagnol des Pyrénées. Le secteur du Languedoc, et en particulier le système de faille des Cévennes, enregistre une déformation associée à la compression pyrénéenne continue tout au long de l’Eocène. Par ailleurs les données U-Pb indiquent une activité à l’Albien de ce faisceau de failles, contemporaine de l’ouverture des bassins pyrénéens. Enfin, la région des Grands Causses correspondant au secteur d’étude le plus distal à la chaîne enregistre une déformation longue et continue du Crétacé inférieur à l’Eocène supérieur. L’ensemble de ces travaux démontre ainsi que la déformation en domaine intraplaque n’est pas limitée à l’enregistrement des phases paroxysmales de déformation en limite de plaque comme cela a pu être proposé auparavant, mais que le domaine intraplaque présente une grande sensibilité aux déformations en bordure de plaque, et donc une forte déformabilité sur des durées importantes avant, pendant et après la formation des orogènes en limite de plaque.

The Alpine range is one of the first monitored mountain belts worldwide, both by seismic networks and space geodesy (GNSS), in particular due to its moderate but steady seismicity. Permanent GNSS measurements demonstrated that uplift is the main signal characterizing the current deformation in the European western Alps, reaching up to 2 mm/yr, while no shortening is observed across the belt. Based on the incredible amount of geodetic and seismic data available today, it now appears possible to constrain a new high resolution crustal strain field in the western Alps. This 3D field, made of surface deformation measurements and of the seismic deformation characteristics, is of primary importance in order to decipher the links between horizontal, vertical and seismic deformations. We rely for the present work on a multidisciplinary approach that aims at integrating 25 years long seismic records, 20 years of GPS measurements, and 4 years of Sentinel-1 satellite acquisitions, in order to establish the corresponding 3D strain rate field.For the first time in the western Alps, the spatial variability of the style of seismic deformation is robustly assessed, thanks to the analysis of the Sismalp (ISTerre Grenoble) database. New focal mechanisms computation along with principal stresses inversions have led to establish new orientations for the extensive deformation component, which occurs mainly in the center of the belt. As for the highly resolved 3D field of style of deformation, provided by Bayesian interpolations of focal mechanisms both at the surface and at depth, it reveals a vast majority of dextral strike-slip deformation occurring at the periphery of the belt, associated, in one specific area, with compression. These results bring new insights in the dynamics of the western alpine belt.Four GPS surveys (conducted in 1996, 2006, 2011 and 2016), along with the data provided by the permanent RENAG network, allowed us to increase the spatial resolution of the surface velocity and strain rate fields at the scale of the western Alps. These high resolution geodetic fields reveal that the amplitude of the extensive signal is at the highest in the Briançonnais area, while its kinematics appear consistent with interseismic deformation accommodated on at least one fault (the High Durance Fault). Longer-term seismic records show that, at least at the local scale, seismic and geodetic deformation patterns seem consistent within their uncertainty bounds in terms of kinematics and amplitude. At the regional scale of the entire western Alps though, geodetic strain rates appear one order of magnitude higher than the seismic ones, the latter comprising both instrumental and historical seismicity.Finally, four years of Sentinel-1 acquisitions appear to be the minimum time span required in order to derive long-term velocity maps in the satellite line of sight at the scale of the western Alps. The interferometric processing of the corresponding data allowed for the first time to get rid of the effects of snow and vegetation in a consistent way. The results feature short scale spatial variations in the uplift pattern, which are spatially correlated to crystalline external Alpine massifs as well as to the uplift patterns predicted by several isostatic adjustment models.This multidisciplinary work enabled us to increase the spatial resolution both of horizontal and vertical surface deformations and of seismic crustal deformation. The related 3D strain rate field sheds new lights on the various processes from which seismicity and deformation can originate. This 3D strain rate field moreover brings new constraints on several primary inputs to seismic hazard assessment models.; La chaîne alpine est l'une des premières à avoir été instrumentées au monde, à la fois par géodésie spatiale et par sismologie, principalement en raison de sa sismicité modérée mais régulière. A partir de la grande quantité de données de géodésie spatiale et de sismologie aujourd'hui disponibles, il est désormais possible d’établir un champ de déformation 3D haute résolution de la croûte supérieure dans les Alpes occidentales. Ce champ, constitué des mesures géodésiques de déformation de surface, et des caractéristiques de déformation sismique, doit permettre d'établir les liens entre déformations horizontale, verticale, et sismicité. Nous utilisons au cours de cette thèse une approche multidisciplinaire, basée sur 25 années d'enregistrements sismiques, 20 années de mesures GPS (Global Positioning System) de campagne et permanentes, et 4 années d'acquisitions satellitaires Sentinel-1 pour contraindre le champ de déformation 3D correspondant.L’analyse de la déformation sismique à partir de la base de données Sismalp a permis d’atteindre une résolution de la variabilité spatiale du style de déformation inégalée jusqu’ici dans les Alpes occidentales. Au centre de la chaîne, le calcul des mécanismes au foyer et leur inversion en termes de contraintes principales montrent pour la première fois une orientation de l'extension systématiquement défléchie par rapport à l'axe normal à la chaîne, apportant ainsi des éléments novateurs en termes d’implications géodynamiques. L'interpolation bayésienne du mode de déformation sismique en surface et en profondeur révèle un mode décrochant dextre prédominant sur le pourtour de l'arc alpin occidental, associé à un mode compressif uniquement localisé.Le traitement des données GPS de quatre campagnes de mesures (1996, 2006, 2011, 2016), conjointement aux solutions permanentes RENAG (Réseau National GPS permanent), a permis d’augmenter la résolution des champs de vitesses et de déformation de surface à l’échelle des Alpes occidentales. Il apparaît que le maximum de déformation horizontale est localisé dans le Briançonnais et est compatible avec de la déformation intersismique accommodée par au moins une faille (Faille de la Haute Durance). La comparaison des taux de sismicité issus des mesures GPS et de ceux issus des catalogues de sismicité confirme que, à l'échelle locale et en prenant en compte les incertitudes respectives, la déformation sismique peut être suffisante pour expliquer la déformation horizontale observée dans le Briançonnais. Toutefois à l'échelle de l'arc alpin occidental, les taux de déformation géodésiques demeurent un ordre de grandeur supérieurs aux taux de déformation sismique déduits à la fois des périodes instrumentale et historique.Le traitement en interférométrie satellitaire de quatre années consécutives de données Sentinel-1, quant à lui, a permis pour la première fois dans cette région de s’affranchir de la couverture neigeuse et végétale pour obtenir une carte de vitesses le long de la ligne de visée du satellite à l’échelle de l'arc alpin occidental. Cette dernière a révélé des variations spatiales de courte longueur d'onde de la surrection dans les Alpes occidentales, corrélées spatialement avec les massifs cristallins externes et avec les variations prédites par plusieurs modèles d'isostasie.Ces travaux ont permis d'augmenter la résolution spatiale des déformations de surface horizontale, verticale et sismique de manière inédite à l'échelle des Alpes occidentales. Le champ de déformation 3D correspondant permet de jeter un regard nouveau sur les processus pouvant être à l’origine de la déformation actuelle de la chaîne alpine, ainsi que d'apporter des contraintes inédites sur les paramètres d'entrée nécessaires au calcul d'aléa sismique.

The Aegean plate is a complex geodynamic system characterized since Miocene by the interaction between the Hellenic trench retreat and the onset of the Anatolian extrusion. In Plio-Quaternary times, the deformation of the slab in the western part of the Aegean domain and the propagation toward the west of the North Anatolian Fault further complicate the system. The interactions between these phenomena and their deformations presents shadowy areas. There is, in particular, a large NE-SW fault system whose role and characteristics are not studied yet and that are not included in the Aegean geodynamic system. The PhD aims to understand the role of these NE-SW strike-slip faults in the Aegean tectonics since 15 Myr and, in particular, in the Evvia/Attica region. Multi-scale characterization of the deformation of this region was carried out through the acquisition of new field data, apatite fission-track ages, receiver functions, and 3D lithospheric numerical modeling of the deformation. These new field data characterize a dextral strike-slip kinematic on the NE-SW Pelagonian fault. It controls, together with NW-SE normal faults, the deposit of Miocene basins, suggesting a coeval activity of both normal and strike-slip faults during this period. We propose that the Pelagonian fault accommodates the block rotation in Miocene times. The strain inversion from slickenline data on faults indicates the compatibility of normal and strike-slip faults, associated with an extension evolving from N-S to NE-SW (during the rotation of blocks) and an E-W compression. During Plio-quaternary times, a change in stretching direction induces the formation of new E-W normal faults developing within the pre-existing NE-SW fault zones that became sinistral. These fault systems formed oblique rifts and are associated with a radial N-S extension incompatible with the NE-SW fault’s activity. We suppose that this change is due to the evolution of the west slab deformation. Apatite fission-track ages show a difference in ages of exhumation between Central Greece and the Cyclades. Thus, we suggest that the Pelagonian fault accommodates a differential extension during Miocene between the Cyclades and Central Greece, respectively strongly and poorly stretched at this period. Miocene low-temperature ages from NW-SE normal faults hanging-walls seems to confirm their activity in Miocene times, coeval with the strike-slip Pelagonian fault activity. Our new receiver function data also quantify a differential extension by characterizing a deeper Moho underneath Central Greece (26.5 km) than underneath the Cyclades (25 km) and Sporades (24.3 km). An analysis of the dip and the seismic signal perturbation suggests that the transition between Central Greece and the Cyclades occurs in a narrow zone, delimited by dextral NE-SW Pelagonian and South-Evvia faults. In between Central Greece and the Sporades, this Moho step is accommodated by a high-angle normal fault. Thus, the differential extension is laterally accommodated by these crustal faults as well as by the internal deformation of blocks they delimit. These new data point out the significance of strike-slip faults in the Aegean geodynamic since the Miocene. They accommodate the E-W shortening and define different blocks that rotate during the back-arc extension. Finally, our 3D models indicate that horizontal and orthogonal extension and compression at equivalent rates induce the formation of strike-slip faults within a hot continental lithosphere. These models suggest that the coeval activity of the extension due to the Hellenic trench retreat and the compression associated with the Anatolian extrusion can explain the formation of these strike-slips faults in Aegean.; La plaque Égéenne est un système géodynamique complexe marqué depuis le Miocène, par l’interaction entre le recul de la fosse Hellénique et le début de l’extrusion Anatolienne. Au Plio-Quaternaire, une torsion de la plaque plongeante à l’Ouest du domaine Égéen et la propagation vers l’Ouest de la Faille Nord Anatolienne, compliquent davantage le système. Les interactions entre ces phénomènes et leurs déformations présentent des zones d’ombre. Il existe notamment un large système de failles NE-SO dont le rôle et les caractéristiques sont encore peu étudiés et qui ne sont pas incluses dans la géodynamique du système Égéen. Le but de cette thèse est de comprendre le rôle de ces décrochements NE-SO dans la tectonique Égéenne depuis 15 Ma et en particulier dans la région Eubée/Attique. Une caractérisation multi-échelle de la déformation de cette région a été effectuée au travers de l’acquisition de nouvelles données de terrain, de traces de fission sur apatite, de fonctions récepteur et de modélisations numériques lithosphériques 3D de la déformation. Les nouvelles données de terrain caractérisent une cinématique décrochante dextre sur la faille NE-SO Pélagonienne. Elle contrôle, avec les failles normales NO-SE, le dépôt de bassins Miocènes, suggérant une activité concomitante des failles normales et des décrochements à cette époque. Nous proposons que la faille Pélagonienne accommode les rotations de blocs au Miocène. L’inversion des contraintes à partir des données de stries sur les failles montre une compatibilité des failles normales et décrochantes associée à une extension évoluant de N-S à NE-SO (durant la rotation des blocs) et une compression E-O. Au Plio-Quaternaire, une modification de la direction d’étirement induit la formation de nouvelles failles normales E-O se développant à l’intérieur des zones de failles NO-SE préexistantes, devenues senestres. Ces systèmes de failles forment des rifts obliques et sont associés à une extension N-S radiale incompatible avec l’activité des failles NE-SO. Nous supposons que ce changement est lié à l’évolution de la torsion de la plaque plongeante. Les âges traces de fission sur apatite montrent une différence d’âge d’exhumation entre la Grèce Centrale et les Cyclades. Nous proposons ainsi que la faille Pélagonienne accommode une extension différentielle au Miocène entre les Cyclades et la Grèce Centrale, respectivement fortement et faiblement étirées à cette époque. Des âges basse température Miocènes provenant des murs de failles normales NO-SE semblent confirmer leur activité au Miocène, concomitante de l’activité de la faille décrochante Pélagonienne. Nos nouvelles données de fonctions récepteur quantifient aussi une extension différentielle en caractérisant un Moho plus profond sous la Grèce Centrale (26,5 km) que sous les Cyclades (25 km) et les Sporades (24,3 km). Une analyse du pendage et de la perturbation du signal sismique suggère que la transition entre la Grèce Centrale et les Cyclades se produit dans une zone étroite, limitée par les failles NE-SO dextres Pélagonienne et Sud-Eubée. Entre la Grèce Centrale et les Sporades, ce saut de Moho est accommodé par une faille normale à fort pendage. L’extension différentielle est donc latéralement accommodée par ces failles crustales, mais aussi par la déformation interne des blocs qu’elles délimitent. Ces nouvelles données montrent l’importance des failles décrochantes dans la géodynamique Égéenne depuis le Miocène. Elles accommodent le raccourcissement E-O et définissent différents blocs qui tournent durant l’extension arrière-arc. Enfin, nos modèles 3D montrent qu’une extension et une compression horizontales et orthogonales à taux égaux causent la formation de décrochements dans une lithosphère continentale chaude. Ces modèles suggèrent que l’activité contemporaine de l’extension, liée au recul de la fosse Hellénique, et de la compression, reliée à l’extrusion Anatolienne, peut expliquer la formation des décrochements en Égée.

In this thesis, the solid/flowing transition in yield-stress fluids is investigated using laboratory experiments and numerical simulations. The results obtained from the fluid mechanics study are then applied to the dynamics of magmatic systems. The aims are to evaluate how the transition depends on the fluid structure and its elasticity, what ingredients are needed to describe mathematically this transition and fluid motion, and when this description will break down. Two systems have been chosen for the simplicity of their dynamics in Newtonian fluids and their relevance to geological systems: (1) the motion of a solid sphere, and (2) the development of thermal plumes. Case (1) regards the experimental work on the free-fall of a sphere through a mixture of water and superabsorbent gel grains. The aim here is to investigate the influence that the size of particles which build up the structure of the fluid has on the dynamics of a spherical intruder. Case (2) is instead approached through numerical simulations that combine viscoelasticity and viscoplasticity together. The role of elasticity on the overall deformation of the fluid is characterized. Results are afterwards applied to crustal magmatic reservoirs in which both small scale phenomena (such as the motion of bubbles and melt pockets) and larger scale phenomena (deformation on the top of an entire magmatic chamber) are examined.; Cette thèse étudie la transition solide/fluide dans les fluides à contrainte-seuil, en utilisant des expériences de laboratoire et des simulations numériques. Les résultats obtenus à partir de l’étude de mécanique des fluides sont ensuite appliqués à la dynamique des systèmes magmatiques. Les objectifs sont d’évaluer comment la transition dépend de la structure du fluide et de son élasticité, quels sont les ingrédients nécessaires pour décrire mathématiquement cette transition et le mouvement du fluide, et dans quelles conditions cette description n’est plus valide. Deux systèmes ont été choisis pour la simplicité de leur dynamique dans le cas Newtonien et leur pertinence pour les systèmes géologiques: (1) le mouvement d’une sphère solide, et (2) le développement des panaches thermiques. Dans le premier cas, on a caractérisé expérimentalement la chute libre d’une shère dans un mélange aqueux de gels superabsorbants. L’objectif est ici d’étudier l’influence de la taille des grains de gel qui constituent la structure du fluide sur la dynamique de l’intrusion sphérique. Dans le second cas, l’approche utilisée est numérique, avec des simulations combinant les effets viscoplastiques et viscoélastiques. Le rôle de l’élasticité sur la déformation du fluide est ainsi caractérisé. Les résultats sont ensuite appliqués aux réservoirs magmatiques dans la croûte terrestre, où sont examinés les phénomènes à petite échelle (le mouvement des bulles de gaz et des poches de liquide fondu dans la chambre magmatique) et à grande échelle (la remontée d’un diapir magmatique et la déformation de la croûte au dessus de la chambre magmatique).

In this thesis, the solid/flowing transition in yield-stress fluids is investigated using laboratory experiments and numerical simulations. The results obtained from the fluid mechanics study are then applied to the dynamics of magmatic systems. The aims are to evaluate how the transition depends on the fluid structure and its elasticity, what ingredients are needed to describe mathematically this transition and fluid motion, and when this description will break down. Two systems have been chosen for the simplicity of their dynamics in Newtonian fluids and their relevance to geological systems: (1) the motion of a solid sphere, and (2) the development of thermal plumes. Case (1) regards the experimental work on the free-fall of a sphere through a mixture of water and superabsorbent gel grains. The aim here is to investigate the influence that the size of particles which build up the structure of the fluid has on the dynamics of a spherical intruder. Case (2) is instead approached through numerical simulations that combine viscoelasticity and viscoplasticity together. The role of elasticity on the overall deformation of the fluid is characterized. Results are afterwards applied to crustal magmatic reservoirs in which both small scale phenomena (such as the motion of bubbles and melt pockets) and larger scale phenomena (deformation on the top of an entire magmatic chamber) are examined.; Cette thèse étudie la transition solide/fluide dans les fluides à contrainte-seuil, en utilisant des expériences de laboratoire et des simulations numériques. Les résultats obtenus à partir de l’étude de mécanique des fluides sont ensuite appliqués à la dynamique des systèmes magmatiques. Les objectifs sont d’évaluer comment la transition dépend de la structure du fluide et de son élasticité, quels sont les ingrédients nécessaires pour décrire mathématiquement cette transition et le mouvement du fluide, et dans quelles conditions cette description n’est plus valide. Deux systèmes ont été choisis pour la simplicité de leur dynamique dans le cas Newtonien et leur pertinence pour les systèmes géologiques: (1) le mouvement d’une sphère solide, et (2) le développement des panaches thermiques. Dans le premier cas, on a caractérisé expérimentalement la chute libre d’une shère dans un mélange aqueux de gels superabsorbants. L’objectif est ici d’étudier l’influence de la taille des grains de gel qui constituent la structure du fluide sur la dynamique de l’intrusion sphérique. Dans le second cas, l’approche utilisée est numérique, avec des simulations combinant les effets viscoplastiques et viscoélastiques. Le rôle de l’élasticité sur la déformation du fluide est ainsi caractérisé. Les résultats sont ensuite appliqués aux réservoirs magmatiques dans la croûte terrestre, où sont examinés les phénomènes à petite échelle (le mouvement des bulles de gaz et des poches de liquide fondu dans la chambre magmatique) et à grande échelle (la remontée d’un diapir magmatique et la déformation de la croûte au dessus de la chambre magmatique).

This thesis is a part of "Source to Sink Guyana" project supported by TOTAL and BRGM. Its objective was to establish bases for a Source to Sink study of the Guiana Shield, by studying the geo-dynamic evolution of its passive margin since 200 Ma. These objectives were acquired after seismic data interpretation, crustal cross-sections and paleogeographic maps constructions and terrigeneous accumulation history quantification of the margin. The passive margin of the Guiana Shield is composed of two basins: Guiana/Suriname (GS) and Foz d'Amazonas (FOZ), derived from a Jurassic then Lower Cretaceous diachronous rifting respectively. The study of the subsurface data allowed us to show that the superimposition of the two rifts has shaped the Demerara Shelf into a continental block, thinned twice and surrounded by oceanic crust on three sides. The more oblique rifting of the FOZ basin forms systematically narrower segments and finer syn-rift deposits than in the GS basin. The paleo-geographic evolution of the margin and terrigenous accumulation, over eight intervals of time (from 200 Ma), show a different evolution of the two basins. The lithological distribution of sedimentary systems is homogenized from the Campanian, when both basins reach the late-post-rift stage, during which the distribution is mainly controlled by continental river dynamics. Terrestrial accumulated volumes show however an opposite evolution during Cretaceous in both basins, in connection with the decrease and increase in the drained areas of the major rivers of this region, Paleo-Berbice and Paleo-Tocantins respectively. Siliclastic inputs towards the margin are generally low (between 2 and 11 m/Ma), but alternating with periods of high inputs corresponding to the recreation of the relief on the continent.; Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet "Source to Sink Guyane" de TOTAL et BRGM. Son objectif était de poser les bases d'une étude Source to Sink du Craton Guyanais, en étudiant l'évolution géo-dynamique de sa marge passive depuis 200 Ma. Pour ce faire, nous avons interprété des données sismiques, construit des coupes crustales, des cartes paléo-géographiques et quantifié l'histoire de l'accumulation terrigène de la marge. La marge passive du bouclier des Guyanes est composée de deux bassins : Guiana/Suriname (GS) et Foz d'Amazonas (FOZ), issus d'un rifting diachrone jurassique, puis crétacé inférieur respectivement. L'étude des données de sub-surface nous a permis de montrer que la superposition des deux rifts a façonné le plateau de Demerara en un bloc continental aminci deux fois et entouré de croûte océanique sur trois côtés. Le rifting plus oblique du bassin de FOZ forme des segments systématiquement plus étroits et des dépôts syn-rift plus fins que dans le bassin de GS. L'évolution paléo-géographique de la marge et l'accumulation terrigène, sur huit intervalles de temps (à partir de 200 Ma), montrent une évolution différente des deux bassins. La distribution lithologique des systèmes sédimentaires s'homogénéise à partir du Campanien, lorsque les deux bassins atteignent le stade tardi-post-rift, durant lequel la distribution est principalement contrôlée par la dynamique fluviatile continentale. Les volumes terrigènes accumulés montrent cependant une évolution opposée au Crétacé dans les deux bassins, en lien avec la diminution et l'augmentation des aires drainées des fleuves majeurs de cette époque, de paléo-Berbice et de paléo-Tocantins respectivement. Les apports siliciclastiques vers la marge sont faibles de façon générale (entre 2 et 11 m/Ma), mais alternés par des périodes de forts apports correspondant à la recréation du relief sur le continent.

This thesis is a part of "Source to Sink Guyana" project supported by TOTAL and BRGM. Its objective was to establish bases for a Source to Sink study of the Guiana Shield, by studying the geo-dynamic evolution of its passive margin since 200 Ma. These objectives were acquired after seismic data interpretation, crustal cross-sections and paleogeographic maps constructions and terrigeneous accumulation history quantification of the margin. The passive margin of the Guiana Shield is composed of two basins: Guiana/Suriname (GS) and Foz d'Amazonas (FOZ), derived from a Jurassic then Lower Cretaceous diachronous rifting respectively. The study of the subsurface data allowed us to show that the superimposition of the two rifts has shaped the Demerara Shelf into a continental block, thinned twice and surrounded by oceanic crust on three sides. The more oblique rifting of the FOZ basin forms systematically narrower segments and finer syn-rift deposits than in the GS basin. The paleo-geographic evolution of the margin and terrigenous accumulation, over eight intervals of time (from 200 Ma), show a different evolution of the two basins. The lithological distribution of sedimentary systems is homogenized from the Campanian, when both basins reach the late-post-rift stage, during which the distribution is mainly controlled by continental river dynamics. Terrestrial accumulated volumes show however an opposite evolution during Cretaceous in both basins, in connection with the decrease and increase in the drained areas of the major rivers of this region, Paleo-Berbice and Paleo-Tocantins respectively. Siliclastic inputs towards the margin are generally low (between 2 and 11 m/Ma), but alternating with periods of high inputs corresponding to the recreation of the relief on the continent.; Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet "Source to Sink Guyane" de TOTAL et BRGM. Son objectif était de poser les bases d'une étude Source to Sink du Craton Guyanais, en étudiant l'évolution géo-dynamique de sa marge passive depuis 200 Ma. Pour ce faire, nous avons interprété des données sismiques, construit des coupes crustales, des cartes paléo-géographiques et quantifié l'histoire de l'accumulation terrigène de la marge. La marge passive du bouclier des Guyanes est composée de deux bassins : Guiana/Suriname (GS) et Foz d'Amazonas (FOZ), issus d'un rifting diachrone jurassique, puis crétacé inférieur respectivement. L'étude des données de sub-surface nous a permis de montrer que la superposition des deux rifts a façonné le plateau de Demerara en un bloc continental aminci deux fois et entouré de croûte océanique sur trois côtés. Le rifting plus oblique du bassin de FOZ forme des segments systématiquement plus étroits et des dépôts syn-rift plus fins que dans le bassin de GS. L'évolution paléo-géographique de la marge et l'accumulation terrigène, sur huit intervalles de temps (à partir de 200 Ma), montrent une évolution différente des deux bassins. La distribution lithologique des systèmes sédimentaires s'homogénéise à partir du Campanien, lorsque les deux bassins atteignent le stade tardi-post-rift, durant lequel la distribution est principalement contrôlée par la dynamique fluviatile continentale. Les volumes terrigènes accumulés montrent cependant une évolution opposée au Crétacé dans les deux bassins, en lien avec la diminution et l'augmentation des aires drainées des fleuves majeurs de cette époque, de paléo-Berbice et de paléo-Tocantins respectivement. Les apports siliciclastiques vers la marge sont faibles de façon générale (entre 2 et 11 m/Ma), mais alternés par des périodes de forts apports correspondant à la recréation du relief sur le continent.

The western Pyrenean Mauléon basin allows to discuss the tectono-sedimentary and thermal evolution of a hyperextended rift through an entire Wilson cycle. During Permian time, the western Pyrenees record the shift between N-S convergence recorded in the Pyrenean Axial Zone (310 to 290 Ma) and dominant E-W extension (290 to 275 Ma). This latter stage is responsible for a complex thermal, structural and compositional inheritance of the Pyrenean lithosphere. The preservation of the original Permian-Triassic paleogeography and structure in the “Basque Massif” indicates that there was no major east-west Mesozoic strike-slip motion between the Iberian and European plates in this part of the Pyrenees, questioning the mechanisms responsible for the opening of the Early Cretaceous North-Pyrenean rift system. The Cretaceous Mauléon hyperextended rift basin was inverted during the Alpine orogeny. Reactivation of the former rift structures leads to the formation of a lithospheric scale pop-up whose edges are characterized by differing tectonic reactivation style, localized (Iberia) vs distributed (Europe). The previously exhumed mantle acts as a buttress inhibiting the complete closure of the basin. In 3D, the N120° thrusts systems edging the pop-up are composed of different thrust segments branching into the inherited Permian N20° transfer zones, highlighting the non-cylindrical geometry of the Pyrenean structures. Permian and Cretaceous structural inheritance both control the synrift and post-collisional thermal evolution of the Mauléon basin. Synrift paleogeothermal gradients gradually increased from the margins (~ 34°C/km) to the basin (~ 60°C/km). Maximum peak temperatures are both controlled by sedimentary burial and mantle heat flow (100 mW.m-2). The different post-collisional thermal responses of the Mauléon basin pop-up edges is linked to their tectonic reactivation style. On the European margin, the postrift isotherms were passively transported onto the proximal margin (« thin-skinned »). On the Iberian margin, peak temperatures were acquired after thrusting (« thick-skinned »). The review of the hyperextended Iberian-Eurasian plate boundary basins shows that they strongly differ from classical Atlantic-type passive margins. Three main stages of continental crust thinning can be inferred to describe the evolution of this smooth-slope type extensional basin : (1) a dominant ductile thinning of the lower crust, without significant brittle deformation of the upper crust, resulting in the formation of a symmetric sag basin; (2) basinward gliding of the prerift cover along the Late Triassic evaporites; (3) hyper-extension with brittle deformation on the proximal margins and dominant ductile thinning on the hyperextended rift domain (HT/LP metamorphism).; Localisé dans les Pyrénées occidentales, l’étude du bassin de Mauléon, permet d’appréhender l’évolution tectono-sédimentaire et thermique d’un rift hyper-aminci de son héritage pré-extensif à son inversion (cycle complet de Wilson). L’épisode permien reflète le passage de la convergence N-S enregistrée dans la Zone Axiale (310 à 290 Ma) à une phase d’extension E-W (290 et 275 Ma), conférant un héritage thermique, structural et rhéologique complexe à la lithosphère des Pyrénées occidentales. La préservation des traits paléogéographiques permo-triasiques rend impossible la réalisation d’un mouvement décrochant sénestre E-W au Mésozoïque entre l’Ibérie et l’Europe, dans cette partie des Pyrénées, questionnant les modalités d’ouverture des bassins nord-pyrénéens au Crétacé. Au cours de l’orogenèse alpine, le bassin hyper-étiré de Mauléon est inversé. La réactivation des structures crétacées conduit à la formation d’un pop-up lithosphérique dont les bordures présentent des styles de réactivation différents, localisé (Ibérie) vs distribué (Europe). La protubérance mantélique héritée de la phase de rifting crétacée empêche l’inversion complète du rift en jouant le rôle de buttoir. En 3D, les systèmes de chevauchement sont composés de plusieurs segments délimités par les zones de transferts N20° héritées du Permien conférant un caractère non-cylindrique au structures orogéniques pyrénéennes. L’héritage permien et crétacé contrôle à la fois l’évolution thermique synrift et post-collisionnelle du bassin de Mauléon. Les paléo-gradients géothermiques synrifts augmentent de manière graduelle des marges (~ 34°C/km) vers le bassin (~ 60°C/km). La température maximale est alors contrôlée par l’enfouissement et le flux thermique mantélique (100 mW.m-2). La différence de réponse thermique observées sur les bordures du bassin de Mauléon est liée au style de déformation compressive : diminution du gradient dans le domaine hyper-étiré et la marge européenne ~ 25.0 ± 2.7°C/km vs augmentation du gradient sur la marge ibérique < 30°C/km). L’étude tectono-sédimentaire des bassins mésozoïques adjacents d’Arzacq et de Tartas, couplée à un travail de synthèse sur les bassins péri-ibériques souligne les nombreuses différences existant entre ces bassins et ceux des marges hyper-étirées atlantiques. L’évolution de ces « bassins extensifs à pente douce » comprend trois grands stades de déformation : (1) un amincissement ductile de la croûte inférieure, sans déformation cassante significative dans la croûte supérieure, formant un rift symétrique (sag) ; (2) un glissement de la couverture prerift sur les évaporites du Trias; (3) une phase d’hyper-extension avec déformation fragile des marges proximales et amincissement ductile du domaine distal hyper-étiré (métamorphisme HT/BP).

The western Pyrenean Mauléon basin allows to discuss the tectono-sedimentary and thermal evolution of a hyperextended rift through an entire Wilson cycle. During Permian time, the western Pyrenees record the shift between N-S convergence recorded in the Pyrenean Axial Zone (310 to 290 Ma) and dominant E-W extension (290 to 275 Ma). This latter stage is responsible for a complex thermal, structural and compositional inheritance of the Pyrenean lithosphere. The preservation of the original Permian-Triassic paleogeography and structure in the “Basque Massif” indicates that there was no major east-west Mesozoic strike-slip motion between the Iberian and European plates in this part of the Pyrenees, questioning the mechanisms responsible for the opening of the Early Cretaceous North-Pyrenean rift system. The Cretaceous Mauléon hyperextended rift basin was inverted during the Alpine orogeny. Reactivation of the former rift structures leads to the formation of a lithospheric scale pop-up whose edges are characterized by differing tectonic reactivation style, localized (Iberia) vs distributed (Europe). The previously exhumed mantle acts as a buttress inhibiting the complete closure of the basin. In 3D, the N120° thrusts systems edging the pop-up are composed of different thrust segments branching into the inherited Permian N20° transfer zones, highlighting the non-cylindrical geometry of the Pyrenean structures. Permian and Cretaceous structural inheritance both control the synrift and post-collisional thermal evolution of the Mauléon basin. Synrift paleogeothermal gradients gradually increased from the margins (~ 34°C/km) to the basin (~ 60°C/km). Maximum peak temperatures are both controlled by sedimentary burial and mantle heat flow (100 mW.m-2). The different post-collisional thermal responses of the Mauléon basin pop-up edges is linked to their tectonic reactivation style. On the European margin, the postrift isotherms were passively transported onto the proximal margin (« thin-skinned »). On the Iberian margin, peak temperatures were acquired after thrusting (« thick-skinned »). The review of the hyperextended Iberian-Eurasian plate boundary basins shows that they strongly differ from classical Atlantic-type passive margins. Three main stages of continental crust thinning can be inferred to describe the evolution of this smooth-slope type extensional basin : (1) a dominant ductile thinning of the lower crust, without significant brittle deformation of the upper crust, resulting in the formation of a symmetric sag basin; (2) basinward gliding of the prerift cover along the Late Triassic evaporites; (3) hyper-extension with brittle deformation on the proximal margins and dominant ductile thinning on the hyperextended rift domain (HT/LP metamorphism)., Localisé dans les Pyrénées occidentales, l’étude du bassin de Mauléon, permet d’appréhender l’évolution tectono-sédimentaire et thermique d’un rift hyper-aminci de son héritage pré-extensif à son inversion (cycle complet de Wilson). L’épisode permien reflète le passage de la convergence N-S enregistrée dans la Zone Axiale (310 à 290 Ma) à une phase d’extension E-W (290 et 275 Ma), conférant un héritage thermique, structural et rhéologique complexe à la lithosphère des Pyrénées occidentales. La préservation des traits paléogéographiques permo-triasiques rend impossible la réalisation d’un mouvement décrochant sénestre E-W au Mésozoïque entre l’Ibérie et l’Europe, dans cette partie des Pyrénées, questionnant les modalités d’ouverture des bassins nord-pyrénéens au Crétacé. Au cours de l’orogenèse alpine, le bassin hyper-étiré de Mauléon est inversé. La réactivation des structures crétacées conduit à la formation d’un pop-up lithosphérique dont les bordures présentent des styles de réactivation différents, localisé (Ibérie) vs distribué (Europe). La protubérance mantélique héritée de la phase de rifting crétacée empêche l’inversion complète du rift en jouant le rôle de buttoir. En 3D, les systèmes de chevauchement sont composés de plusieurs segments délimités par les zones de transferts N20° héritées du Permien conférant un caractère non-cylindrique au structures orogéniques pyrénéennes. L’héritage permien et crétacé contrôle à la fois l’évolution thermique synrift et post-collisionnelle du bassin de Mauléon. Les paléo-gradients géothermiques synrifts augmentent de manière graduelle des marges (~ 34°C/km) vers le bassin (~ 60°C/km). La température maximale est alors contrôlée par l’enfouissement et le flux thermique mantélique (100 mW.m-2). La différence de réponse thermique observées sur les bordures du bassin de Mauléon est liée au style de déformation compressive : diminution du gradient dans le domaine hyper-étiré et la marge européenne ~ 25.0 ± 2.7°C/km vs augmentation du gradient sur la marge ibérique < 30°C/km). L’étude tectono-sédimentaire des bassins mésozoïques adjacents d’Arzacq et de Tartas, couplée à un travail de synthèse sur les bassins péri-ibériques souligne les nombreuses différences existant entre ces bassins et ceux des marges hyper-étirées atlantiques. L’évolution de ces « bassins extensifs à pente douce » comprend trois grands stades de déformation : (1) un amincissement ductile de la croûte inférieure, sans déformation cassante significative dans la croûte supérieure, formant un rift symétrique (sag) ; (2) un glissement de la couverture prerift sur les évaporites du Trias; (3) une phase d’hyper-extension avec déformation fragile des marges proximales et amincissement ductile du domaine distal hyper-étiré (métamorphisme HT/BP).

Most of the global seismicity occurs at these plate boundaries. However, large earthquakes of magnitude 6 or more occur in areas far from the plate boundaries. Quantifying this deformation and understanding the processes at its origin is a major scientific challenge but also a major societal issue because infrastructures and populations are not prepared for the occurrence of these large earthquakes. In the case of intraplate domains, the deformation is generally below 0.25 to 0.5 mm yr-1, which is close to the resolution limit of the geodetic measurement techniques, in particular of GNSS (Global Navigation Satellite System). Within this context, My PhD work focussed on characterizing and quantifying the current deformation in metropolitan France through new statistical analysis methods applied to GNSS data, velocities and strain rate fields. The first stage of my project was the calculation of the velocities of 1443 permanent GPS (Global Positioning System) stations between 1998 and the end of 2016. The second stage, using new statistical approaches, allowed quantifying the resolution of all the steps necessary to characterize the deformation. Firstly, the use of more than 25,000 synthetic data and statistical tools (regression trees) derived from machine learning techniques made it possible to quantify the precision of individual velocities resulting from the analysis of position time series. Secondly, I carried out a statistical cleaning of outliers on the slow (

Most of the global seismicity occurs at these plate boundaries. However, large earthquakes of magnitude 6 or more occur in areas far from the plate boundaries. Quantifying this deformation and understanding the processes at its origin is a major scientific challenge but also a major societal issue because infrastructures and populations are not prepared for the occurrence of these large earthquakes. In the case of intraplate domains, the deformation is generally below 0.25 to 0.5 mm yr-1, which is close to the resolution limit of the geodetic measurement techniques, in particular of GNSS (Global Navigation Satellite System). Within this context, My PhD work focussed on characterizing and quantifying the current deformation in metropolitan France through new statistical analysis methods applied to GNSS data, velocities and strain rate fields. The first stage of my project was the calculation of the velocities of 1443 permanent GPS (Global Positioning System) stations between 1998 and the end of 2016. The second stage, using new statistical approaches, allowed quantifying the resolution of all the steps necessary to characterize the deformation. Firstly, the use of more than 25,000 synthetic data and statistical tools (regression trees) derived from machine learning techniques made it possible to quantify the precision of individual velocities resulting from the analysis of position time series. Secondly, I carried out a statistical cleaning of outliers on the slow (

This thesis investigates the Palaeoproterozoic crust of the West African Craton in southwest Ghana, providing insight into its controversial geodynamic and tectonic evolution. Rocks of the study area comprise greenschist- to amphibolite facies, mafic to felsic volcanic and volcaniclastic rocks, high-grade paragneisses and low-grade volcano-sedimentary packages, all of which are extensively intruded by multiple generations of granitoids. New lithological, metamorphic and structural maps are constructed using integrated field mapping and interpretation of regional airborne geophysical datasets. This approach is used to constrain the deformation history of the sparsely exposed rocks of the NE- to NNE-striking Sefwi Greenstone Belt and the adjacent volcano-sedimentary domains deformed during the Eburnean Orogeny (2150-2070 Ma). Combined geochemical and geochronological analysis of the magmatic suites of the Sefwi Greenstone Belt reveal calc-alkaline, volcanic arc affinities, as well as a striking similarity to Neoarchean TTGs that require diverse magma sources and petrogenetic processes. Rare inherited zircon cores from the Palaeoproterozoic magmatic suite yield ages of ca. 2250 to 2270 Ma, with granitoid emplacement ages ranging between ca. 2189 and 2081 Ma. Zircon Lu-Hf analysis reveals consistently positive eHf(t) values and two-stage crustal model ages between 2650 and 2250 Ma, indicative of a radiogenic proto-crust and short crustal residence times. The magmatic evolution reveals the coeval generation of sodic, high-silica TTGs derived from partial melting of low-K mafic sources and dioritic magmas generated in a metasomatised, LILE-enriched mantle wedge at ca. 2155 Ma. Subsequent emplacement of high-K quartz monzonites at ca. 2136 Ma supports the interaction of mantle-derived magmas and remelting of existing TTGs. The final stage of magmatism is characterised by the emplacement of two-mica-granites and leucogranites along the NW margin of the Sefwi Greenstone Belt between ca. 2092 and 2081 Ma, interpreted as a terminal collisional event during the Eburnean Orogeny. Eburnean metamorphism and deformation is characterised in the study area by initial high-pressure amphibolite facies metamorphism corresponding with low apparent geothermal gradients (HP-MT, ~15-17°C/km). D1 NNW-SSE shortening generated a ubiquitous bedding-parallel foliation (S1) and ~E-W striking thrust faults, resulting in the burial of supracrustal rocks and crustal thickening. In the high-grade terrane, subsequent amphibolite-granulite facies metamorphism is associated with anatexis. In-situ SHRIMP U-Pb monazite ages at ca. 2073 Ma, hosted within, D2 mineral assemblages, are interpreted as the initial timing of cooling and exhumation, significantly later than paroxysmal metamorphism in NW Ghana and central Ivory Coast (2150-2130 Ma). NNE-striking normal detachments and constrictional deformation structures formed during sinistral ENW-WSW transtension (D2), during which segments of the middle- and lower crust were juxtaposed with low-grade domains. Subsequent E-W directed shortening (D3) caused the dextral re- activation of NE-SW striking shear zones, associated with a localised greenschist facies metamorphic overprint. We propose that the juvenile crust of southwest Ghana was generated in an intra-oceanic arc setting, associated with diverse and intense subduction-related magmatism until subsequent terrane accretion and collision. The north-western margin of the Sefwi Greenstone Belt in interpreted as a suture between the separate arc terranes, diachronously accreted during the Eburnean Orogeny. The Palaeoproterozoic crust of the southern portion of the West African Craton represents a juvenile crustal growth event, recording the unique geodynamic and orogenic processes associated with nascent subduction-related plate tectonics in the early Earth.; Cette thèse s'intéresse à un segment de croûte d'âge Paléoprotérozoïque du craton ouest-africain. Les roches de la zone d'étude comprennent des roches volcaniques et volcanoclastiques mafiques à felsiques, des paragneiss de haut grade métamorphique et des ensembles volcano-sédimentaires faiblement métamorphisés. De nouvelles cartes lithologiques, métamorphiques et structurales sont construites à l'aide d'une approche intégrée, couplant cartographie de terrain et interprétation des données géophysiques aéroportées à l'échelle régionale. L'analyse des données géochimiques et géochronologiques des suites magmatiques de la ceinture de roches vertes de Sefwi révèle une affinité marquée avec le magmatisme calco- alcalin, produit des arcs volcaniques modernes et avec les TTGs d'âge Néoarchéen, impliquant une certaine diversité des sources et des processus pétrogénétiques. Des coeurs de zircons hérités, présents au sein de la suite magmatique livrent des âges autour de ca. 2250 à 2270 Ma. Leurs couronnes révèlent des âges de mise en place compris entre ca. 2189 et 2081 Ma. L'analyses Lu-Hf sur zircon livre des valeurs eHf positives et des âges modèles pour la croûtes situés entre 2650 et 2250 Ma. Ces valeurs indiquent l'existence d'une proto-croûte à tendance radiogènique et des temps de séjour limités pour ces magmas évoluant au sein de cette proto-croûte. L'évolution des magmas montre qu'ils ont été générés de façon concomitante, vers 2155 Ma, certains dérivants de la fusion d'une source mafique faiblement enrichit en potassium et formant des magmas sodiques, riches en silice, de type TTGs, d'autres de composition plus dioritiques, générés à partir de la fusion du manteau métasomatisé et enrichit en LILE. La mise en place plus tard vers ca. 2136 Ma de monzonites, présentant de teneurs élevées en potassium, soutient l'hypothèse d'une interaction avec des magmas de refusion de TTG existants au sein de la croûte. Le dernier stade du magmatisme est caractérisé par la mise en place de granites à deux micas et de leucogranites, le long de la marge nord-ouest de la ceinture de roches vertes vers ca. 2092 et 2081 Ma, marquant le stade de la collision au sein de l'orogène Eburnéenne. L'évènement tectono-métamorphique d'âge Eburnéen est caractérisé par un métamorphisme initialement de faciès amphibolite de haute pression, associé à un gradient géothermique assez froid (HP-MT, ~ 15-17 ° C / km). Le raccourcissement D1, orienté NNO-SSE, a généré une foliation pénétrative (S1), parallèle au litage des roches et des plans de chevauchement à tendance décrochant, orienté E-W. Cette tectonique précoce a provoquée l'enfouissement de roches supra-crustales (sédiments, roches volcaniques) et un épaississement de la croûte. Cet évènement métamorphique précoce évolue dans le temps et l'espace vers le facies amphibolite-granulite et l'anatexie. Les données SHRIMP U-Pb in-situ sur monazite livré des âges autour de ca. 2073 Ma. Ces monazites sont présentes au sein de paragénèses métamorphiques (D2) soulignant la foliation S2. Ces âges sont interprétés comme marquant le début de l'exhumation et du refroidissement de la croûte inférieure. Des détachements normaux, orientés NNE-SSO et des structures constrictives se sont formés conjointement au sein d'un régime de déformation D2 globalement transtensif, à jeux sénestre. Un régime compressif plus tardif (D3) a ensuite causé une réactivation en mouvement dextre de ces structures cisaillantes orientées NE-SO avec une rétrogression en schistes verts. Nous proposons que les segments de croute juvénile ont été générés en contexte d'arc intra-océanique, associé à un magmatisme intense et varié, issus des processus de subduction qui prendront fin lors des stades d'accrétion et de collision de ces segments d'autres terranes birimiens. La marge nord-ouest de la ceinture de roches vertes de Sefwi est interprétée comme une zone de suture entre des segments d'arc originellement séparés.

National audience

This thesis intends to identify the roles between tectonic and sedimentation which are responsible for the spatial variability inside karst bauxite ore and particularly inside the Villeveyrac bauxitic basin (SE of France). During the “Mid”-Cretaceous, South of France endured several geological events leading to bauxite formation and accumulation. Bauxite overlain unconformably a Jurassic karstified and deformed bedrock; this implies a polyphase evolution of the bauxitic event: 1-in-situ laterisation and bauxitisation of silica-alumina rocks and 2-dismantling and trapping inside karst cavities downstream.Sedimentology studies combined with mineralogical and geochemical analyses on two drill cores through the bauxitic infilling and its cover highlight various lateritic sources and different degrees of alteration. Lateritic profiles were eroded, transported and trapped inside karst cavities, as a reverse sequence of a lateritic profile, arguing the allochthonous nature of the deposit. The material comes from periodic and rapid mud-flow-type transportation under high hydrolyzing climate. The Late Cretaceous sedimentary cover corresponds to calcareous detrital series deposited on a paralic environment. Clay assemblages indicate a decrease of kaolinite correlated to an increase of smectite associated with the preservation of detrital material (illite/chlorite). This suggests a climatic change towards less hydrolyzing conditions and a more arid climate as the cover deposits.Structural evaluation on the Jurassic bedrock in the Villeveyrac basin allows to propose a chronology of all the deformations recorded inside the basin and, to identify a NE-SW extensive regime responsible for NW-SE block-faulting in Languedoc, leading to erosion and karstification of the Jurassic carbonate. A N060/N150 joint system, occurring in the Jurassic carbonate, was used as a dissolution vector for karstification contributing to the metric paleo-lapiaz topography. NW-SE normal faults caused collapse basins, increasing the accommodation space for bauxite deposition. The late Pyrenean compression resulted in the syncline shape of the basin and open fractures formation in the ore, used as drains for an iron mobilization fluid.Geostatistical analyses on the bauxitic thickness inside the basin, has identified 3 structural phenomena: 1- the karstified surface (±4m deep paleolapiaz), 2- collapse sinkhole (±300m diameter) and 3- NW-SE normal fault activity (spaced out ±1300m and linked to thickest bauxitic infillings). Geostatistical analyses on the major oxides grades (SiO2, Al2O3, TiO2, Fe2O3) show a global random behavior, excepted in the N060 direction, corresponding to the synclinal hinge zone. We suggest that the fractures are associated with de-ironing along the hinge zone led to the concentration of the other oxides.Finally, U-Pb datings on detrital zircons coming from three bauxitic ores in Languedoc, bracket the bauxitic deposit from Early to “Mid-“Albian. Provenance studies indicate: 1- a Variscan basement source (Montagne Noire) whose influence decreases eastward and, 2- a sedimentary source which is generalized to the South-East basin.The characterization of these structural and sedimentary phenomena controlling the bauxitic episode in Languedoc establishes a significant input in the regional geodynamic context occurring in the “Mid”-Cretaceous, but also to the understanding of the Villeveyrac bauxitic ore, contributing to its sustainable exploitation., Cette thèse propose d’identifier les rôles de la tectonique et de la sédimentation responsables des variabilités spatiales d’un gisement de bauxite karstique et particulièrement dans le bassin de Villeveyrac (SE de la France). Pendant le Crétacé « moyen », le sud de la France a connu des évènements géologiques conduisant à la formation et l’accumulation de bauxite. Les bauxites reposent en discordance sur un substratum Jurassique carbonaté, karstifié et déformé ; cela implique une évolution polyphasée de l’événement bauxitique: 1-latérisation et bauxitisation in-situ de roches alumino-siliceuses et 2-démantèlement et piégeage des bauxites dans des karsts situés en aval.Les études sédimentologiques associées à des analyses minéralogiques et géochimiques sur deux forages carottés, à travers le remplissage bauxitique et sa couverture, mettent en évidence des sources latéritiques diverses et de degrés d’altération différents. Les profils latéritiques ont été érodés, transportés et piégés dans les cavités karstiques, suivant une séquence inverse d’un profil d’altération, confirmant l’allochtonie des dépôts. Le matériel est issu de coulées boueuses périodiques et rapides, sous climat latérisant. La couverture sédimentaire Crétacé supérieur correspond à des séries détritiques marneuses déposées en domaine paralique. Les assemblages argileux montrent une diminution de la kaolinite au profit de la formation de smectite et la préservation du détritisme au sommet de la couverture, suggèrent des conditions hydrolysantes moins intenses et un climat plus aride.L’analyse structurale du substratum Jurassique du bassin de Villeveyrac permet d’établir une chronologie des déformations enregistrées et d’identifier un régime extensif NE-SW responsable de la structuration en blocs de failles NW-SE en Languedoc, conduisant à l’érosion et la karstification du substratum Mésozoïque. Un réseau de joints N060/N150, présent dans le Jurassique, a été utilisé comme vecteur principal de karstification conduisant à une topographie de lapiaz métrique. Les failles normales NW-SE ont provoqué des zones d’effondrement dans le bassin, augmentant l’espace disponible pendant le dépôt des bauxites. La compression Pyrénéenne, ultérieure, a conduit au plissement synclinal et a entraîné la formation de fractures dans le gisement, dont certaines directions (N060) ont été utilisées comme drains principaux à un fluide mobilisateur en fer.L’analyse géostatistique des puissances minéralisées dans l’ensemble du bassin, identifie 3 phénomènes structurant les dépôts bauxitiques : 1- la surface karstifiée (paléolapiaz de ± 4 m de profondeur, identifiée sur le terrain), 2- des dolines d’effondrement (± 300 m de diamètre) et 3- l’activité des failles NW-SE (espacées de ±1300 m associées aux plus fortes puissances minéralisées). L’analyse géostatistique des teneurs moyennes (SiO2, Al2O3, TiO2, Fe2O3) montre que les variables ont un comportement fortement aléatoire, excepté dans la direction N060, parallèle à l’axe du pli Pyrénéen tardif. Ces résultats suggèrent que les fractures liées au plissement et affectant le gisement, sont associées à une déferrification le long de ces fractures, concentrant les autres oxydes dans cette direction.Enfin, la datation U-Pb des zircons détritiques extraits des bauxites dans trois gisements du Languedoc, permet de dater les dépôts de l’Albien inférieur à moyen. Le traçage des sources latéritiques indique : 1- une source issue de l’altération du socle Hercynien de la Montagne Noire, dont l’influence diminue vers l’est et 2- une source d’origine sédimentaire, généralisée à l’ensemble du bassin du Sud-Est.La caractérisation des phénomènes structuraux et sédimentaires contrôlant l’épisode bauxitique en Languedoc, constitue un apport significatif à la géodynamique régionale du Crétacé « moyen », mais aussi à la compréhension du gisement de bauxite de Villeveyrac, en proposant un guide fiable pour son exploitation durable.

Nowadays, the scientific community has at its disposal gravity and gravity gradient datasets with unprecedented accuracy and spatial resolution that enhances our knowledge of Earth gravitational field at various scales and wavelengths, obtained from ground to satellite measurements. In parallel with gravimetry, the advancement of satellite observations provides the community with more detailed digital elevation models to reflect the Earth’s structure geometry. Together, these novel datasets provide a great opportunity to better understand the Earth’s structures and dynamics at local, regional, and global scales. The use and interpretation of these high-quality data require refinement of standard approaches in gravity-related data processing and analysis. This thesis consists of a series of studies aiming to improve the precision in the chain of gravity and gravity gradient data processing for geodynamic studies. To that aim, we develop a tool, named GEEC (Gal Eötvös Earth Calculator) to compute precisely the gravity and gravity gradients effects of due to any mass body regardless of its geometry and its distance from measurements. The gravity and gravity gradients effects are computed analytically using the line integral solution of an irregular polyhedron. The validations at local, regional, and global scales confirm the robustness of GEEC’s performance, where the resolution of the model, that depends on both size of the body mass and its distance from the measurement point, control strongly the accuracy of the results. We present an application for assessing the optimum parameters in computing gravity and gravity gradients due to topography variations. Topography has a major contribution in Earth gravitational attraction, therefore the estimation of topography effects must be carefully considered in the processing of gravity data, especially in areas of rugged topography or in large-scale studies. For high-accuracy gravity studies at a global scale, the topography correction process must consider the topography effect of the entire Earth. But for local to regional applications based on relative variations within the zone, we show that truncated topography at a specific distance can be adequate, although, ignoring the topography pas this distance could produce errors. To support these arguments, we show the relationships between gravity relative errors, topography truncation distance, and the extent of study zone. Lastly, we approach the issue: Are GOCE measurements relevant to obtain a detailed image of the structure of a subducting plate, including its geometry and lateral variation? The results of gravity gradient forward modelling using synthetic subduction models computed at GOCE’s mean altitude (255 km) demonstrate that both subduction edges and lateral variations of subduction angle produce gravity gradient variations that are detectable with GOCE dataset (∼100 km wavelength and 10 mE amplitude). However, in the application to the real case of Izu-Bonin-Mariana subduction zone, the second-order geometric features of the subducting plate are difficult to be detected due to the presence of the remaining crustal effects. This is caused by the inaccuracy of the existing global crustal model, that leads to inaccurate crustal effect removal.; Aujourd’hui, la communauté scientifique dispose de jeux de données gravimétriques avec une précision et une résolution spatiale sans précédent qui améliorent nos connaissances du champ gravitationnel terrestre à différentes échelles et longueurs d’ondes, obtenues de mesures du sol à des satellites. Parallèlement à la gravimétrie, l’avancement des observations par satellite fournit à la communauté des modèles d’élévation numérique plus détaillés pour refléter la géométrie de la structure terrestre. Ensemble, ces nouveaux jeux de données offrent une excellente occasion de mieux comprendre les structures et la dynamique de la Terre à l’échelle locale, régionale et mondiale. L'utilisation et l'interprétation de ces données de haute qualité exigent le raffinement des approches standards dans le traitement et l'analyse des données liées à la gravité. Cette thèse consiste en une série d’études visant à améliorer la précision du traitement des données de gravité et gravité de gravité gradients pour les études géodynamiques. Pour ce faire, nous développons un outil, appelé GEEC (Gal Eötvös Earth Calculator), pour calculer précisément les effets gravimétriques dues à tout corps de masse, indépendamment de sa géométrie et de sa distance par rapport aux mesures. Les effets de gravité et des gravité gradients sont calculés analytiquement en utilisant la solution intégrale linéaire d'un polyèdre irrégulier. Les validations aux échelles locale, régionale et mondiale confirment la robustesse des performances du GEEC, où la résolution du modèle, qui dépend à la fois de la taille de la masse corporelle et de sa distance par rapport au point de mesure, contrôle fortement la précision des résultats. Nous présentons une application pour évaluer les paramètres optimaux dans le calcul des gradients de gravité et de gravité dus aux variations de topographie. La topographie joue un rôle majeur dans l'attraction gravitationnelle de la Terre; par conséquent, l'estimation des effets topographiques doit être soigneusement prise en compte dans le traitement des données gravimétriques, en particulier dans les zones de topographie accidentée ou à grande échelle. Pour les études de gravité de haute précision à l'échelle mondiale, le processus de correction de la topographie doit prendre en compte l'effet topographique de la Terre entière. Mais pour les applications locales à régionales basées sur des variations relatives à l'intérieur de la zone, nous montrons que la topographie tronquée à une distance spécifique peut être adéquate, même si ignorer la topographie de cette distance peut générer des erreurs. Pour soutenir ces arguments, nous montrons les relations entre les erreurs relatives à la gravité, la distance de troncature de la topographie et l'étendue de la zone d'étude. Enfin, nous abordons le problème: les mesures GOCE sont-elles pertinentes pour obtenir une image détaillée de la structure d'une plaque de subduction, y compris sa géométrie et ses variations latérales? Les résultats du calcul des avec des modèles de subduction synthétiques calculés à l’altitude moyenne du GOCE (255 km) démontrent que les bords de subduction et les variations latérales du pendage produisent des variations des gradients détectables avec le jeu de données GOCE. Dans l'application à la zone de subduction Izu-Bonin-Mariana (IBM), la topographie et les effets bathymétriques ont été supprimés avec succès. Cependant, dans l'application au cas réel de la zone de subduction Izu-Bonin-Mariana, les caractéristiques géométriques du second ordre du slab sont difficiles à détecter en raison de la présence des effets crustaux restants. Ceci est dû à l'imprécision du modèle crustal global existant qui est utilisée, qui conduit à une élimination impropre de l'effet crustal.

Contributors to the scientific content of the book (alphabetic order): Francesca Boioli, Philippe Carrez, Patrick Cordier, Alexandra M. Goryaeva, Karine Gouriet, Pierre Hirel, Antoine Kraych, Srinivasan Mahendran, Alexandre Mussi, Billy Nzogang, Riccardo Re-ali, Sebastian Ritterbex and Xiao-Yu Sun; International audience; The research project Multiscale modelling of the rheology of mantle minerals (acronym RheoMan) was awarded by the European Research Council in response to its 2011 Advanced Grant call. Its aim was to provide a new approach of the rheology of the mantle from the mineral physics point of view which would take advantage of the most recent developments of computational materials science. The RheoMan project ended in May 2018. This ebook describes the project and the main results obtained. Starting from the atomic scale and the structure of crystal defects, the RheoMan project provides the first numerical rheological laws applicable without extrapolation to natural conditions. In the course of this project, new mechanisms emerged: disclinations at grain boundaries and pure climb creep, providing new paradigms for the rheology of the Earth’s mantle and planetary interiors.; Le projet de recherche Modélisation multiéchelle de la rhéologie des minéraux du manteau (dont l’acronyme anglais est RheoMan) a été lauréat de l’ERC (European research Council) suite à l’appel d’offre Advanced Grant de 2011. Il visait à proposer une nouvelle approche de la rhéologie du manteau basée sur une approche de physique des minéraux qui intègre les avancées les plus récentes de la modélisation numérique des matériaux. Ce ebook rédigé en anglais décrit le projet, son contexte et les principaux résultats obtenus. Partant de l’échelle des défauts cristallins à l’échelle atomique, le projet RheoMan a permis d’obtenir les premières lois rhéologiques purement numériques qui sont applicables aux déformations naturelles sans extrapolation. Au cours de ce travail, de nouveaux mécanismes sont apparus : les disclinaisons aux joints de grains ou la montée pure qui éclairent la rhéologie du manteau terrestre (et des intérieurs planétaires) sous un nouveau jour.

Le projet de recherche Modélisation multiéchelle de la rhéologie des minéraux du manteau (dont l’acronyme anglais est RheoMan) a été lauréat de l’ERC (European research Council) suite à l’appel d’offre Advanced Grant de 2011. Il visait à proposer une nouvelle approche de la rhéologie du manteau basée sur une approche de physique des minéraux qui intègre les avancées les plus récentes de la modélisation numérique des matériaux. Ce ebook rédigé en anglais décrit le projet, son contexte et les principaux résultats obtenus. Partant de l’échelle des défauts cristallins à l’échelle atomique, le projet RheoMan a permis d’obtenir les premières lois rhéologiques purement numériques qui sont applicables aux déformations naturelles sans extrapolation. Au cours de ce travail, de nouveaux mécanismes sont apparus : les disclinaisons aux joints de grains ou la montée pure qui éclairent la rhéologie du manteau terrestre (et des intérieurs planétaires) sous un nouveau jour. The research project Multiscale modelling of the rheology of mantle minerals (acronym RheoMan) was awarded by the European Research Council in response to its 2011 Advanced Grant call. Its aim was to provide a new approach of the rheology of the mantle from the mineral physics point of view which would take advantage of the most recent developments of computational materials science. The RheoMan project ended in May 2018. This ebook describes the project and the main results obtained. Starting from the atomic scale and the structure of crystal defects, the RheoMan project provides the first numerical rheological laws applicable without extrapolation to natural conditions. In the course of this project, new mechanisms emerged: disclinations at grain boundaries and pure climb creep, providing new paradigms for the rheology of the Earth’s mantle and planetary interiors.

Ce document est une compilation des travaux effectués sur les paléoaltérations du Massdif Central durant les 40 dernières années à l’École des Mines de Paris. Les travaux ont été menés dans des cadres qui ont évolués au gré des demandessociétales. Les premiers travaux portaient sur la reconnaissance, la caractérisation minéralogique des matériaux et les analyses géomorphologiques. A partir des années 2000, une seconde phase de travaux visait à dater les matériaux pour contraindre au plus près les conditions de leur genèse et surtout corréler les paléoaltérations à travers le Massif Central et au-delà. Deux paléosurfaces majeures ont été caractérisées et leurs altérations datée. (1) La paléodurface triassique à la quelle sont attachées des albitisations des différentes roches du socle, mais aussi des sédiments permo-carbonifères. Ce sont des altérations profondes (jusqu’à plus de 200 m de puissance) caratérisées par un profil oxydé et altéré de manière pervasive en surface et qui pénètre en profondeur le long des fractures. C’est un type particulier d’altération profonde qui n’avait pas encore été décrit mais qui a été retrouvé et daté du Trias dans différents massifs varisques européens (en particulier dans le Morvan, les Vosges, en Catalogne et dans les Sudètes). (2) Les paléoaltérations crétacées, cuirasses rouges dites sidérolthiques, caractérisées par une altération ferralitique suivie d’une silicification. Ces cuirases qui étaient classiquement attribuées at Tertiaire (Eocène/Oigocène) ont été datées du Jurassique sup. et Crétacé inf. La reconnaissance et la datation de ces paléoaltérations remettent en cause les shémas paléogéographiques et les modèles d’évolutions géodynamiques du Massif Central au cours du Mésozoïque et du Cénozoïque. Ces différents aspects et leurs conséquences sont analysés et discutés.Enfin, l’ensemble de ces résultats montre le besoin de temps et de continuité pour faire le tour d’un thème de recherche.

The Okavango Delta is an endorheic system forming an alluvial fan in the Kalahari depression. The local ecosystem is paced by the annual flood coming from the Angolan highlands, blocked downstream by the normal faults scarps of the Okavango graben. This annual regime is highly variable, with the spatial distribution of the flood differing every year. At the geological time scale, from millenary to mega-annual, the Delta's endorheism can also vary between wetlands (current regime), mega-lake or loose its endorhism to turn into a river. Processes driving these regime variations are 1) the hydrological system, 2) the faulting of the graben, 3) the sedimentary input and 4) the ecosystem. This study brings quantitative constraints regarding two of these processes through the deformation of the Earth's ground surface monitored by permanent GPS stations. The observed signal is impacted seasonally by the hydrological loading resulting from the rainy season, and inter-annually by the variations of the terrestrial water storage, as well as the tectonic activity of the graben. GRACE satellites provide a quasi-continuous record of the variations of the Earth's continental water storage, allowing the modelling of the elastic deformation imposed on the Earth's crust by loading. The resulting modelled deformation signal is well correlated to the observed seasonal signal, hence validating the GRACE data products and revealing a large aquifer in the Okavango basin. GRACE thus provides a new proxy to monitor the evolution of water storage, and to validate more robustly the hydrological model calibrated for the basin. The variations in terrestrial water storage (TWS) in the basin validated by GRACE confirm the buffer effect of the aquifer in the modulation of climatic variations. The phase of the TWS variations moreover highlights a threshold in the recharge of TWS during the rainy season, depending on the intensity of the first rains. Finally, the poor spatial resolution of TWS variations provided by GRACE can be further constrained by a detail examination of the GPS signals in the basin. Horizontal displacements rates across the graben reveal a low tectonic deformation rate, of 1 mm/yr, exclusively along a dextral strike-slip component. Such a low deformation rate excludes a significant influence of the graben faulting on the variability of the flood distribution. The observed deformation calls into question the current geodynamic model for the area, i.e. incipient rifitng due to the propagation of a southwestern branch of the East African Rift System. A review of the numerous geophysical studies in the study area over the last decade, as well as a re-examination of the seismic data in southern Africa does not provide significant evidence for rifting in the Okavango graben. An alternative geodynamic model is proposed, based on the far-field accommodation of the deformation resulting from the differential extension rates in the Rift Valley, and the displacement of the Kalahari craton relative to the Nubian plate.; Le Delta de l'Okavango est un système endorhéique formant un cône alluvial dans la dépression du Kalahari. L'écosystème y est rythmé par une crue annuelle en provenance de l'Angola et entravée par l'escarpement des failles normales du graben de l'Okavango. Ce régime annuel est très variable, car la répartition de la crue annuelle diffère tous les ans. À plus grande échelle temporelle, du millénaire au Ma, l'endorhéisme du Delta peut varier entre des marais (actuel), un mega-lac ou perdre son caractère endorhéique (rivière). Les processus pouvant contrôler ces variations de régime sont 1) l'hydrologie du système, 2) l'activité des failles du graben, 3) l'apport sédimentaire et 4) l'écosystème. Cette étude apporte des contraintes quantifiées éclairant deux de ces processus à travers l'observation de la déformation de la surface terrestre par l'enregistrement de stations GPS permanentes. Le signal observé est annuellement impacté par la charge hydraulique résultant de la saison des pluies, et inter-annuellement par les variations de cette charge, ainsi que l'activité tectonique du graben. Les satellites GRACE fournissent un enregistrement quasi-continu de la variation du stock d'eau continentale, rendant possible la modélisation de la déformation élastique de la surface terrestre sous l'effet de cette charge. Le signal de déformation ainsi modélisé est comparable au signal saisonnier enregistré, validant les données satellitaires GRACE et révélant un important aquifère dans le bassin de l'Okavango. GRACE fournit ainsi un nouveau proxy permettant de suivre l'évolution de l'aquifère, et de valider le modèle hydrologique calibré précédemment pour le bassin. Les variations inter-annuelles d'eau souterraine dans le bassin validées par GRACE confirment le rôle de tampon des variations climatiques joué par l'aquifère sur la modulation des variations climatiques. La phase des variations du stock d'eau met de plus en évidence un effet de seuil dans la recharge de ce stock, en fonction de l'intensité des premières pluies. La faible résolution spatiale des variations du stock d'eau continental fournie par GRACE peut finalement être mieux contrainte par un examen plus détaillé des signaux GPS dans le bassin. Les vitesses de déformation horizontales de part et d'autre du graben révèlent une déformation tectonique faible sur l'ensemble du graben, de 1 mm/an exclusivement décrochante dextre. Une si faible déformation exclut une influence significative de l'activité tectonique et sismique du graben sur la variabilité de la distribution de la crue. Cette déformation observée remet en question le modèle géodynamique admis dans la région, soit une phase précoce de rifting liée à la propagation d'une branche SW du Rift Est-Africain. Un recensement des nombreuses études géophysiques réalisées dans la région dans la dernière décennie et un réexamen de la sismicité de l'Afrique australe n'amène aucune preuve significative de rifting dans le graben de l'Okavango. Un autre modèle géodynamique pour l'Afrique australe est proposé, basé sur l'accommodation lointaine de la déformation associée à l'ouverture à taux différentiels du Rift Est-Africain et le déplacement du craton du Kalahari par rapport au reste de la plaque nubienne.

The present thesis is inserted in the SALSA project (Seryipe Alagoas Seismic Acquisition), which was conducted by a collaboration between the Department of Marine Geosciences : IFREMER, the Laboratory of Oceanic Domain IUEM, the Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (IDL, Portugal), the Universidade de Brasilia (Brazil) and PETROBRAS (Brazil).Seismic shot, Multi-Channel Seismic acquisition (MCS) and Ocean Bottom Seismometers (OBS) deployments were performed by the R/V L'Atalante (IFREMER) along 1-2 profiles.Among them, five were extended onshore by Land Seismic Stations (LSS). P-wave velocity models were constructed based on the joint interpretation of multichannel and wide-angle seismic data using the RAYINVR software.We present models derived from wide-angle refraction and coincident reflection data along two parallel profiles located on the Sergipe-Alagoas basin (SL01 and SL02), extending approximately 220 km and 200 km from the continental shelf to the distal Sergipe basin north to the Vaza-Barris Transfer zone, and one of them, the SL02 prolongates for 150 km through the continent, on Sergipe -Alagoas continental basin and its basement, the Sergipana FoId Belt.The foward modelling of the passive margin in the Sergipe Alagoas basin precisely constrains crustal geometries and segmentation. The crustal geometry puts in question the origin of the Sergipana Fold Belt, when compared with the geometries of the adjacent geological domains, the Sao Francisco Craton and the Borborema Province.The differences between the profiles illuminate the influence of the tectonic inheritance resulted by the Vaza-Barris Transfer Zone. These integrated information allowed some new conjectures around the geodynamic history of the region., La présente thèse s'insère dans le projet SALSA (Sergipe Alagoas Seismic Acquisition), mené en collaboration entre le Département de Géosciences Marines; I'IFREMER, I'IUEM, la Faculté des sciences de I'Université de Lisbonne (IDL, Portugal), I'Université de Brasilia (Brésil) et la PETROBRAS (Brésil). Des acquisitions conjointes de sismique réflexion (MCS) et de sismique grand-angle (OBS) ont été réalisées sur le N/O L'Atalante (IFREMER) Ie long de 12 profils sur la région du point triple de Camamú, NE, Brazil. Le point triple de Camamú, où le système de rift avorté Recôncavo-Tucano-Jatobá est relié aux systèmes de rift Jequitinhonha-Camamú-Almada et Jacuípe-Sergipe-Alagoas, a joué un rôle essentiel dans l'ouverture de I'océan Atlantique Sud. Parmi eux, cinq ont été prolongés à terre par des stations sismiques terrestres (LSS). Les modèles de vitesse d'onde P ont été construits sur Ia base de I'interprétation conjointe de données sismiques réflexion et grand-angle en utilisant le logiciel RAYINVR. Nous présentons des modèles de vitesse le long de deux profils parallèles situés dans le bassin de Sergipe-Alagoas (SL01 et SL02), s'étendant sur 220 km et 200 km, respectivement du plateau continental au bassin profond de Sergipe au nord de la zone de transfert de Vaza-Barris. L'un d'eux, le profil SL02 se prolonge sur 150 km à travers le continent, dans la partie continentale du bassin de Sergipe -Alagoas. La modélisation de la marge passive du bassin de Sergipe Alagoas contraint précisément les géométries crustales et la segmentation. Les différences entre les profils éclairent I'influence de I'héritage tectonique résultant de Ia zone de transfert de Vaza-Barris. Ces informations intégrées permettent de nouvelles conjectures autour de I'histoire géodynamique de la région.

The Rare Earth Elements (REE) are of great economic interest and first order geological tracers. However, their metallogenic cycle remains poorly defined. The Grenville Province exposes its orogenic root and shows numerous REE occurrences that are especially associated with pegmatitic granite dykes (“PGD”) in the central Grenville. Two hypotheses can account for the genesis of these PGD, whether (i) the partial melting of the orogenic root composed of reworked Archean and/or Proterozoic pre-existing continental crust, or (ii) the extreme differentiation of mantle melts produced during post-orogenic extension. A multi-method approach (field geology, petrogeochemistry, geochronology and isotopy) allow to characterize the PGD and discuss their petrogenesis during the geodynamic evolution of the province. They intruded at ca. 1005-1000 Ma (U-Pb on monazite and zircon) metaplutons (mineralization hosted in allanite) or metasedimentary sequences (mineralization hosted in monazite) from the mid-pressure allochthonous crustal segment. U-Pb dating on monazite and apatite from a single leucosome of these migmatitic paragneisses evidence for a peak of metamorphism at ca. 1080-1050 Ma that was followed by a slow cooling at a rate of 2 to 6°C/Ma, first under suprasolidus conditions until the close to wet-solidus intrusion of PGD, and then under subsolidus conditions down to the 450-500°C isotherm dated at ca. 970-950 Ma. The intrusion of the PGD is coeval with the initiation as early as ca. 1005 Ma of the protracted (> 20 Ma) partial melting of underlying parautochthonous paragneisses. The peraluminous character of the PGD, the investigation of pristine magmatic zircon of the PGD (U-Pb-Hf-O isotopes and trace elements), and the petrogeochemical investigations of parautochthonous Paleoproterozoic-Archean metapelites that derive from the Laurentian margin’s erosion, points to the derivation of the PGD from their partial melting. To the contrary, one PGD derived from the reworking of allochthonous plutonic units is poorly mineralized in REE, and confirms that REE from the central Grenville occurrences are issued from crustal rocks of the Superior Craton; Les éléments de terres rares (ÉTR) sont des métaux de grand intérêt économique et des traceurs géologiques de premier ordre mais leur cycle métallogénique reste encore méconnu. La Province de Grenville expose sa racine orogénique et présente une grande concentration d’occurrences d’ÉTR, notamment associées à des granites pegmatitiques (« PGD ») dans le Grenville central. Deux mécanismes peuvent être à l’origine de ces PGD, (i) la fusion partielle d’une croûte continentale archéenne et/ou paléoprotérozoïque de la racine orogénique, ou (ii) l’extrême différenciation de magmas mantelliques produits en contexte d’extension post-orogénique. Une approche multi-méthodes (terrain, pétrogéochimie, géochronologie et isotopie) permet de caractériser ces PGD à ÉTR et de discuter leur pétrogénèse dans le cadre de l’évolution géodynamique de la province. Ils ont intrudé à ~1005-1000 Ma (U-Pb monazite et zircon) des métaplutons (minéralisation en allanite) ou des séries métasédimentaires (minéralisation en monazite) du segment de moyenne pression de la ceinture Allochtone. La datation U-Pb sur monazite et apatite d’un leucosome de ces paragneiss migmatitiques met en évidence un pic de métamorphisme au faciès granulite à 1080-1050 Ma suivi d’un refroidissement lent à un taux de 2 à 6°C/Ma, d’abord dans les conditions suprasolidus jusqu’à l’intrusion des PGD dans des conditions proches du solidus hydraté, puis dans des conditions subsolidus jusqu’à l’isotherme 450-500°C enregistré à 970-950 Ma. L’intrusion des PGD est synchrone de l’initiation dès ~1005 Ma de la fusion partielle prolongée (> 20 Ma) des métasédiments parautochtones sous-jacents. Le caractère peralumineux des PGD, l’étude de zircons néoformés des PGD (isotopes U-Pb-Hf-O et éléments traces), et l’étude pétrogéochimique des PGD et des métapélites paléoprotérozoïques à archéennes de la ceinture Parautochtone, issues de l’érosion de la marge de Laurentia, traduisent la formation des PGD par leur fusion partielle. Au contraire, un PGD issu de la remobilisation de plutons allochtones est peu minéralisé en ÉTR, confirmant que l’extraction des ÉTR de ces occurrences du Grenville central est associée à des roches d’affinité crustale du Craton du Supérieur

The Eastern Mediterranean owes its complex nature to the movement of Africa, Arabia and Eurasia. The recent gas discoveries in the Levant Basin (2009) provoked the necessity of necessity of conducting a combined (seismic and field) study to better understand the geological evolution of the Basin. The combination of geophysical and field data allows the conceptualization of onshore and, offshore 3D models in order to characterize the tectonostratigraphic evolution of this area and eventually trace the main sources and pathways that contributed to the infilling of the Levant Basin. The evolution of the Levant Basin is marked by the transition from a pure carbonate system to a mix system (carbonate /siliciclastic) during the Cenozoic. The Eratosthenes block corresponds to a fault block platform. Four major seismic sequences, characterized by periods of aggradation, retrogradation and progradation, punctuated by major unconformities and drowning surfaces have been recognized on the Eratosthenes Seamount. These periods are: the Late Jurassic; the Early Cretaceous, the Late Cretaceous and the Miocene. The initiation of the collision during the Miocene between the African and Eurasian plates coincides with the uplift of the Eratosthenes Seamount with a peak during the upper Miocene (pre-Messinian Salinity Crisis) followed by its northward tilting under Cyprus thrusting. We show that the collision of the two plates caused the formation of small basins in southern part of Cyprus; a piggyback basin (Polis), and a flexural basin (Limassol) that were controlled by the different substratum of the Mesozoic sediments.; La Méditerranée orientale doit sa complexité aux mouvements tectoniques des plaques Africaines, d’Arabie et d'Eurasie. Les récentes découvertes pétrolières du bassin Levantin (2009) renforcent la nécessité d’une approche combinée sismique/terrain pour comprendre l’évolution de son remplissage. L’intégration des données de sismique 2D et des données de terrain a permis de proposer des modèles conceptuels 3D qui, couplées aux données de puits, ont permis de définir les sources sédiementaires et les principales phases de remplissages correspondantes aux grands évènements géodynamiques. Ainsi l’évolution du bassin du Levan est marquée par la transition d’une sédimentation carbonate vers une sédimentation mixte (silicoclatisque/carbonaté) au cours du Crétacé. Seul le mont Ératosthène, situé sur une tête de bloc basculé hérité du rifting thétysien, conserve une sédimentation carbonatée superficielle jusqu’au Crétacé supérieur, liée à sa distance des sources silicoclastiques. Celui-ci présente 4 séquences de sédimentation carbonatée alternant superficielle et profonde: La fin du Jurassique moyen, le Crétacé inférieur, le Crétacé supérieur suivie et le Miocène. L'amorce de la collision Miocène en les plaques Eurasienne et Africaine coïncide avec le soulèvement d'Eratosthène avec une phase paroxysmique au cours du Miocène supérieur suivi par son basculement vers le nord en avant de l’ile de Chypre. Nous montrons que la collision a provoqué la formation de petits bassins au sud de Chypre ; un bassin piggyback (Polis Basin) et un bassin flexural (bassin de Limassol) ; contrôlés par la distribution des sédiments mésozoïques.

The Eastern Mediterranean owes its complex nature to the movement of Africa, Arabia and Eurasia. The recent gas discoveries in the Levant Basin (2009) provoked the necessity of necessity of conducting a combined (seismic and field) study to better understand the geological evolution of the Basin. The combination of geophysical and field data allows the conceptualization of onshore and, offshore 3D models in order to characterize the tectonostratigraphic evolution of this area and eventually trace the main sources and pathways that contributed to the infilling of the Levant Basin. The evolution of the Levant Basin is marked by the transition from a pure carbonate system to a mix system (carbonate /siliciclastic) during the Cenozoic. The Eratosthenes block corresponds to a fault block platform. Four major seismic sequences, characterized by periods of aggradation, retrogradation and progradation, punctuated by major unconformities and drowning surfaces have been recognized on the Eratosthenes Seamount. These periods are: the Late Jurassic; the Early Cretaceous, the Late Cretaceous and the Miocene. The initiation of the collision during the Miocene between the African and Eurasian plates coincides with the uplift of the Eratosthenes Seamount with a peak during the upper Miocene (pre-Messinian Salinity Crisis) followed by its northward tilting under Cyprus thrusting. We show that the collision of the two plates caused the formation of small basins in southern part of Cyprus; a piggyback basin (Polis), and a flexural basin (Limassol) that were controlled by the different substratum of the Mesozoic sediments.; La Méditerranée orientale doit sa complexité aux mouvements tectoniques des plaques Africaines, d’Arabie et d'Eurasie. Les récentes découvertes pétrolières du bassin Levantin (2009) renforcent la nécessité d’une approche combinée sismique/terrain pour comprendre l’évolution de son remplissage. L’intégration des données de sismique 2D et des données de terrain a permis de proposer des modèles conceptuels 3D qui, couplées aux données de puits, ont permis de définir les sources sédiementaires et les principales phases de remplissages correspondantes aux grands évènements géodynamiques. Ainsi l’évolution du bassin du Levan est marquée par la transition d’une sédimentation carbonate vers une sédimentation mixte (silicoclatisque/carbonaté) au cours du Crétacé. Seul le mont Ératosthène, situé sur une tête de bloc basculé hérité du rifting thétysien, conserve une sédimentation carbonatée superficielle jusqu’au Crétacé supérieur, liée à sa distance des sources silicoclastiques. Celui-ci présente 4 séquences de sédimentation carbonatée alternant superficielle et profonde: La fin du Jurassique moyen, le Crétacé inférieur, le Crétacé supérieur suivie et le Miocène. L'amorce de la collision Miocène en les plaques Eurasienne et Africaine coïncide avec le soulèvement d'Eratosthène avec une phase paroxysmique au cours du Miocène supérieur suivi par son basculement vers le nord en avant de l’ile de Chypre. Nous montrons que la collision a provoqué la formation de petits bassins au sud de Chypre ; un bassin piggyback (Polis Basin) et un bassin flexural (bassin de Limassol) ; contrôlés par la distribution des sédiments mésozoïques.

International audience; Piaba is an orogenic gold deposit (~ 3.5 Moz) of the São Luís cratonic fragment in north-northeastern Brazil. The deposit is epizonal–mesozonal and associated with the development of a subvertical strike–slip fault that cut across Rhyacian metavolcano-sedimentary rocks and granitoids. The metavolcano-sedimentary sequence comprises carbon-bearing schists, andesite/dacite, ultramafic rocks and felsic tuffs formed at 2240 ± 5 Ma to 2227 ± 33 Ma that were intruded at 2214 ± 3 Ma by fine-grained, subvolcanic granophyric granodiorite. Whole-rock geochemistry indicates that the hosting metavolcano-sedimentary sequence formed in a subduction-related (arc, back-arc?) setting, which has previously been interpreted as the early-arc stage of an accretionary orogen (2240–2214 Ma) that was followed by voluminous subduction-related calc-alkaline arc magmatism (2168–2145 Ma) and by a collisional phase (2100 ± 15 Ma) that produced several bodies of peraluminous granites. The hydrothermal alteration of the host rocks produced early, distal carbonization and hematitization and proximal, ore-related chlorite–sericite–carbonate–sulfide alteration. Two styles of mineralization, occurring in association, are present: (1) a network of thin quartz ± sulfide veinlets and subordinate narrow breccia veins with refractory- to free-milling gold dissemination in hydrothermally-altered host rocks, and (2) subordinate low-sulfide Au-quartz veins with free-milling gold. Fluid inclusions and stable isotopes characterize the mineralizing solution as a relatively reduced (log fO2 = − 30 to − 35), neutral to slightly alkaline (pH 5 to 6.2), low-salinity (average 5% NaCl), aqueous-carbonic (XCO2 = 5 to 59 mol%, XH2O = 40 to 93 mol%, XN2 and XCH4 < 1 mol%) metamorphic fluid (δ18OH2O = + 5.5 to + 8.9‰, δDH2O = − 8 to − 69‰), and suggest that gold mineralization occurred at 250° to 330 °C and 1.25 to 2.8 kbar in response to phase separation and fluid–rock interactions that produced sulfidation and minor carbonatization. Sulfur (δ34S = − 2.7 to − 3.8‰) is from an undetermined source, probably magmatic (oxidized) or sedimentary. Lead isotope compositions of gold, ore-related pyrite and K-feldspar from regional rocks suggest that collision-related granitoids of ca. 2100 ± 15 Ma are the most likely sources for Pb in the ore, although mantle and lower crustal sources are also observed. 40Ar/39Ar in hydrothermal sericite yielded a plateau age of 1980 ± 13 Ma, which is similar to the Pb–Pb model age of gold of 1959 Ma. These are considered the minimum age for gold mineralization, whereas the maximum age of 2009 ± 11 Ma is given by a small gold-hosting intrusion in the same region.

The plate collision in the Alps and adjacent orogens has created a complex picture of highly arcuate mountain belts and complicated interactions of subduction slabs. The subduction polarity is reversed from European to Adriatic subduction in the transition of the Alps to the Apennines and to the Dinarides. The subduction of Adria both to the west and east and the almost vertical dip of the slabs implies an important flexure of this plate. Even more so if one considers the proposed subduction of Adria also to the north under the eastern Alps, which is still a matter of discussion. Gaps in the Adriatic slab under the northern Dinarides, below 150~km depth and in the southern Apennines above 200~km may be signs of the stresses and the consequent tearing that the Adriatic plate is exposed to.Also the European plate has supposedly undergone one or several break-offs all along the Alpine arc. Especially in the eastern and western Alps it is still an open question whether the European slab is detached below the lithosphere. New tomographic models are thus needed.The herein presented tomographic model is based on surface-wave phase velocities and gives a picture of the shear-velocity structure from the surface to 200 km depth. It is the first high-resolution shear-velocity model of the entire Alpine crust and upper mantle. It is also unique in its good resolution in the lithospheric mantle, where previous body-wave models are subject to high uncertainties. In order to be able to image both crust and upper mantle, a combination of ambient-noise and earthquake-based phase-velocity measurements is used in the present thesis.The validity of this approach is tested by a detailed comparison of the phase-velocity measurements and the structures that are imaged from each method individually. A small bias between the methods results in slightly elevated velocities from earthquake measurements. By comparison with earlier works it appears that this bias is due to methodological differences. Several effects that may influence the ambient-noise records are tested with synthetic experiments, but no unique cause is found. The most likely explanation for the bias between the two methods is a combination of different structural sensitivities and the influence of higher modes. Nevertheless, the discrepancy is sufficiently small with respect to the structural variations that the bias can be neglected.A final shear-velocity model of the Alpine region is obtained which has a lateral resolution in the shallow crust of approximately 25 km. From synthetic tests, the average depth resolution is estimated to be 2~km close to the surface and 5 km for the Moho depth. In the upper mantle the resolution decreases significantly, but main slab structures are well imaged in the central Alps and the Apennines down to the bottom of the model at 200 km depth.Highlights of the crustal part of the model are size and depth of sedimentary basins, the Ivrea body and the Moho structure. Being the first shear-velocity model of this detail and extend it is proposed to serve as reference for the Alps...; La collision alpine a créé des structures complexes comme des chaînes de montagnes très arqués et des interactions compliquées entre les slabs subduits. La polarité de subduction est inversée à la transition entre les Alpes et les Apennins et les Alpes et les Dinarides. Le fait que la plaque Adria subducte en même temps vers l'ouest et vers l'est avec un fort pendage, presque verticalement, suggèrent une flexion importante de cette plaque. Notamment, si on considère de plus la proposition qu'Adria subducte aussi vers le nord sous les Alpes de l'est, ce qui est toujours sujet de discussion. Des déchirures dans le slab adriatique sous les Dinarides du nord à plus de 150 km de profondeur et sous les Apennins à moins de 200 km, pourraient être des signes d'une forte tension et, en conséquence, un détachement de la plaque adriatique. La plaque européenne pourrait aussi avoir subi plusieurs déchirures le long des Alpes. Cette hypothèse sujette à débat nécessite de nouveaux modèles tomographiques. Le modèle tomographique présenté dans cette thèse se base sur les vitesses de phase des ondes de surface pour donner un modèle 3-D à haute résolution des vitesses de cisaillement de la surface jusqu'à 200 km de profondeur. Ce modèle est unique de par sa haute résolution dans le manteau lithosphérique où des modèles antérieurs montrent de fortes incertitudes. Afin d'imager la croûte et le manteau supérieur en même temps, une combinaison des données de vitesses de phase des ondes de surface mesurés à partir des bruits ambiants ainsi que des séismes est utilisée dans cette thèse.Pour tester la validité de cette procédure, une comparaison détaillée des mesures de vitesses de phases et des structures imagées avec les deux méthodes est présentée. De l’analyse résulte un faible biais qui montre des vitesses plus élevées avec les données se basant sur des séismes par rapport aux données se basant sur le bruit ambiant. En comparant avec des travaux antérieurs, il est apparu que ce biais est dû à une différence méthodologique. Plusieurs paramètres qui pourraient influencer les mesures du bruit ambiant sont testés numériquement. Une cause unique n'a pu être identifiée. L'explication la plus probable pour le biais est une combinaison entre différentes sensibilités des méthodes aux structures et l'influence des modes supérieurs. Néanmoins, l'écart est suffisamment faible par rapport aux variations structurales pour être négligé.Un modèle final de vitesse de cisaillement de la région alpine est obtenu avec une résolution latérale d'environ 25 km dans la croûte peu profonde. Les tests synthétiques donnent une résolution approximative de profondeur estimée à 2 km près de la surface et de 5 km à la profondeur du Moho. Dans le manteau supérieur, la résolution baisse rapidement mais les structures principales des panneaux plongeants restent bien imagées jusqu'à une profondeur de 200 km le long des Alpes et des Apennins.La partie crustale du modèle donne des informations à haute résolution sur la taille et la profondeur des bassins sédimentaires et du corps d’Ivrée ainsi que sur la profondeur et la structure du Moho. Ce modèle de vitesses de cisaillement est le premier montrant autant de détails et couvrant les Alpes entières, il est proposé que le modèle pourrait servir comme référence pour la région.Le modèle montre les limites des zones de subduction et les régions de basses vitesses asthénosphèriques montants sous les bassins Ligure et pannonien. Des structures connues comme les déchirures de slabs sous les Apennins et les Dinarides sont imagés. Des découvertes supplémentaires ont été mises en évidence : une petite zone de faible vitesse qui coupe la lithosphère au nord des Dinarides est interprété comme l'expression d'une grande faille décrochante...

International audience; L’exploration géologique de la Provence commence au milieu du XVIIIe siècle grâce à quelques naturalistes qui en dressent un premier inventaire « géognostique ».Vers 1830, débute une seconde étape marquée par la fondation des bases stratigraphiques et par les premières descriptions géologiques régionales. A partir de 1884, sous l’impulsion de Marcel Bertrand et de ses disciples, s’ouvre une période faste qui se poursuivra pendant le premier quart du 20e siècle : celle de la découverte des grands chevauchements de la couverture sédimentaire et du socle cristallin. Au milieu du XXe siècle les conceptions de Marcel Bertrand sont remises en question par les géologues autochtonistes mais, autour des années 1960, de nouveaux travaux conduisent à la réhabilitation éclatante de l’œuvre du célèbre tectonicien.Au cours des décennies suivantes, l’exploration géologique et géophysique se développe et s’étend au précontinent. Stimulées par l’établissement de la carte géologique, les recherches vont accorder une place importante à l’étude des grands problèmes stratigraphiques, paléogéographiques et structuraux. Cet essor se continue au début du XXIe siècle avec les synthèses géodynamiques de la Provence dans le cadre de la Tectonique globale. L’ouvrage relate les différents épisodes de cette exploration ainsi que les débats et les controverses qui l’ont accompagnée. Illustré de nombreuses coupes et cartes originales il renferme plus de 500 références bibliographiques ainsi que les biographies des principaux acteurs de cette longue et passionnante aventure scientifique.

The Rare Earth Elements (REE) are of great economic interest and first order geological tracers. However, their metallogenic cycle remains poorly defined. The Grenville Province exposes its orogenic root and shows numerous REE occurrences that are especially associated with pegmatitic granite dykes (“PGD”) in the central Grenville. Two hypotheses can account for the genesis of these PGD, whether (i) the partial melting of the orogenic root composed of reworked Archean and/or Proterozoic pre-existing continental crust, or (ii) the extreme differentiation of mantle melts produced during post-orogenic extension. A multi-method approach (field geology, petrogeochemistry, geochronology and isotopy) allow to characterize the PGD and discuss their petrogenesis during the geodynamic evolution of the province. They intruded at ca. 1005-1000 Ma (U-Pb on monazite and zircon) metaplutons (mineralization hosted in allanite) or metasedimentary sequences (mineralization hosted in monazite) from the mid-pressure allochthonous crustal segment. U-Pb dating on monazite and apatite from a single leucosome of these migmatitic paragneisses evidence for a peak of metamorphism at ca. 1080-1050 Ma that was followed by a slow cooling at a rate of 2 to 6°C/Ma, first under suprasolidus conditions until the close to wet-solidus intrusion of PGD, and then under subsolidus conditions down to the 450-500°C isotherm dated at ca. 970-950 Ma. The intrusion of the PGD is coeval with the initiation as early as ca. 1005 Ma of the protracted (> 20 Ma) partial melting of underlying parautochthonous paragneisses. The peraluminous character of the PGD, the investigation of pristine magmatic zircon of the PGD (U-Pb-Hf-O isotopes and trace elements), and the petrogeochemical investigations of parautochthonous Paleoproterozoic-Archean metapelites that derive from the Laurentian margin’s erosion, points to the derivation of the PGD from their partial melting. To the contrary, one PGD derived from the reworking of allochthonous plutonic units is poorly mineralized in REE, and confirms that REE from the central Grenville occurrences are issued from crustal rocks of the Superior Craton, Les éléments de terres rares (ÉTR) sont des métaux de grand intérêt économique et des traceurs géologiques de premier ordre mais leur cycle métallogénique reste encore méconnu. La Province de Grenville expose sa racine orogénique et présente une grande concentration d’occurrences d’ÉTR, notamment associées à des granites pegmatitiques (« PGD ») dans le Grenville central. Deux mécanismes peuvent être à l’origine de ces PGD, (i) la fusion partielle d’une croûte continentale archéenne et/ou paléoprotérozoïque de la racine orogénique, ou (ii) l’extrême différenciation de magmas mantelliques produits en contexte d’extension post-orogénique. Une approche multi-méthodes (terrain, pétrogéochimie, géochronologie et isotopie) permet de caractériser ces PGD à ÉTR et de discuter leur pétrogénèse dans le cadre de l’évolution géodynamique de la province. Ils ont intrudé à ~1005-1000 Ma (U-Pb monazite et zircon) des métaplutons (minéralisation en allanite) ou des séries métasédimentaires (minéralisation en monazite) du segment de moyenne pression de la ceinture Allochtone. La datation U-Pb sur monazite et apatite d’un leucosome de ces paragneiss migmatitiques met en évidence un pic de métamorphisme au faciès granulite à 1080-1050 Ma suivi d’un refroidissement lent à un taux de 2 à 6°C/Ma, d’abord dans les conditions suprasolidus jusqu’à l’intrusion des PGD dans des conditions proches du solidus hydraté, puis dans des conditions subsolidus jusqu’à l’isotherme 450-500°C enregistré à 970-950 Ma. L’intrusion des PGD est synchrone de l’initiation dès ~1005 Ma de la fusion partielle prolongée (> 20 Ma) des métasédiments parautochtones sous-jacents. Le caractère peralumineux des PGD, l’étude de zircons néoformés des PGD (isotopes U-Pb-Hf-O et éléments traces), et l’étude pétrogéochimique des PGD et des métapélites paléoprotérozoïques à archéennes de la ceinture Parautochtone, issues de l’érosion de la marge de Laurentia, traduisent la formation des PGD par leur fusion partielle. Au contraire, un PGD issu de la remobilisation de plutons allochtones est peu minéralisé en ÉTR, confirmant que l’extraction des ÉTR de ces occurrences du Grenville central est associée à des roches d’affinité crustale du Craton du Supérieur

L’exploration géologique de la Provence commence au milieu du XVIIIe siècle grâce à quelques naturalistes qui en dressent un premier inventaire « géognostique ».Vers 1830, débute une seconde étape marquée par la fondation des bases stratigraphiques et par les premières descriptions géologiques régionales. A partir de 1884, sous l’impulsion de Marcel Bertrand et de ses disciples, s’ouvre une période faste qui se poursuivra pendant le premier quart du 20e siècle : celle de la découverte des grands chevauchements de la couverture sédimentaire et du socle cristallin. Au milieu du XXe siècle les conceptions de Marcel Bertrand sont remises en question par les géologues autochtonistes mais, autour des années 1960, de nouveaux travaux conduisent à la réhabilitation éclatante de l’œuvre du célèbre tectonicien.Au cours des décennies suivantes, l’exploration géologique et géophysique se développe et s’étend au précontinent. Stimulées par l’établissement de la carte géologique, les recherches vont accorder une place importante à l’étude des grands problèmes stratigraphiques, paléogéographiques et structuraux. Cet essor se continue au début du XXIe siècle avec les synthèses géodynamiques de la Provence dans le cadre de la Tectonique globale. L’ouvrage relate les différents épisodes de cette exploration ainsi que les débats et les controverses qui l’ont accompagnée. Illustré de nombreuses coupes et cartes originales il renferme plus de 500 références bibliographiques ainsi que les biographies des principaux acteurs de cette longue et passionnante aventure scientifique.

The Earth is a telluric planet that formed by collision with and accretion of multiple differentiated proto-planetary bodies. The latest of these collisions, the Moon-forming impact, occurred between the proto-Earth and a Mars-sized impactor ~4.35-4.55 Ga ago. Kinetic energy released during impact likely induced global melting of the silicate Earth over depths of thousands of kilometers. Crystallization of this magma ocean then resulted in the differentiation of primordial crustal and mantle reservoirs that were subsequently rehomogenized by convective stirring. The aim of this project is constrain the timing and differentiation mechanisms of the early silicate Earth (>4 Ga ago), using a multi-isotopic approach combining coupled 146,147Sm-142,143Nd chronometry and 176Lu-176Hf systematics. These isotopic tools were used to study well-preserved mafic to ultramafic rocks from the Nulliak assemblage (3.78 Ga, Saglek block, Labrador) and from the Ukaliq Supracrustal Belt (3.75 Ga, Superior Province, Quebec). Application of coupled 147Sm-143Nd and 146Sm-142Nd systematics to Archean rocks from this study provides a precise differentiation age of 4.40±0.03 Ga for the early silicate Earth. This event predates the final stage of magma ocean solidification on the Moon by 25 GPa). We interpret our observations to reflect differentiation of shallow cumulates during the final stage of magma ocean crystallization, followed by overturn and foundering of these dense cumulates in the deep mantle. The Archean 142Nd record may thus primarily reflect episodic sampling of these primordial heterogeneities by hot mantle plumes rather than progressive mixing of highly depleted Hadean reservoirs, La naissance de la Lune, il y a environ 4.35-4.55 Ga, fut le résultat d'une collision majeure entre la proto-Terre et un embryon planétaire de la taille de Mars. L'énergie cinétique libérée lors de cet impact "géant" a sans doute été suffisante pour engendrer la fusion totale du manteau terrestre sur une profondeur de plusieurs milliers de kilomètres. La première croûte et réservoirs mantelliques différenciés furent ainsi produits par cristallisation de cet océan magmatique, avant d'être en grande partie réhomogénéisés par le recyclage crustal et le mélange convectif. Ce projet vise à apporter de nouvelles contraintes sur la chronologie et les mécanismes précoces (>4 Ga) de différenciation du manteau et de la croûte terrestres. A cet effet, une approche multi-isotopique combinant les systèmes 146,147Sm-142,143Nd et 176Lu-176Hf a été appliquée aux roches mafiques et ultramafiques de l'assemblage de Nulliak (3.78 Ga, Bloc de Saglek, Labrador) et de la ceinture supracrustale d'Ukaliq (3.75 Ga, Craton du Supérieur, Québec). L'application du système couplé 146,147Sm-142,143Nd aux échantillons de cette étude a permis de déterminer précisément l'âge de différenciation de la Terre silicatée, à 4.40±0.03 Ga. Cet âge est similaire à celui des plus anciennes roches lunaires, et légèrement antérieur à l'âge de cristallisation de l'océan magmatique lunaire (4.36±0.03 Ga). Les signatures 142,143Nd observées dans les roches Eoarchéennes de Nulliak et les laves Néoarchéennes de Theo's Flow (2.7 Ga, Abitibi) sont remarquablement similaires, et suggèrent une source mantellique commune, différenciée il y a ~4.4 Ga et préservée du mélange convectif sur une échelle de temps de plusieurs milliards d'années. L'application de la systématique 176Lu-176Hf aux metakomatiites de Nulliak indique que leur manteau source était caractérisé par des rapports Lu/Hf et Sm/Nd superchondritiques, impliquant un épisode antérieur de différenciation dans le champ de stabilité du grenat (P=3-25 GPa). De manière plus générale, il apparaît que l'ensemble des komatiites Eo- et Mesoarchéennes définissent une corrélation εHf-εNd de pente distincte (~4) à celle de la corrélation εHf-εNd du manteau moderne (~1.5). Cette signature est caractéristique d'une différenciation mantellique en présence de grenat et ne peut être attribuée à la cristallisation de pérovskite aux pressions du manteau inférieur. L'ensemble de ces observations est interprété comme reflétant une différenciation du manteau supérieur lors de la phase finale de cristallisation de l'océan magmatique, suivi du recyclage de ces cumulats superficiels dans le manteau profond par un mécanisme d'overturn. L'enregistrement isotopique Archéen en 142Nd pourrait ainsi refléter un échantillonnage ponctuel de ces hétérogénéités primordiales dans des contextes de points chauds au cours des deux premiers milliards d'années de l'histoire de la Terre

This thesis is focused on the Attico-Cycladic orogenic wedge formed during the Alpine orogeny. From a multi-method and multi-scale approach using structural geology, petrography, mineral thermobarometry, element and isotope geochemistry, and PVTX data of associated fluid inclusions, this study deciphers the relationships between fluid circulation, fluid-rock interactions and mobilisation-transport-deposits of metals. Marbles and schists from the Evia Island and the Lavrion peninsula testify to a complex orogenic history marked by an Eocene burial phase followed by syn- and post-orogenic exhumation. Cu-Pb-Zn-Fe-Ag mineralisations from the Lavrion area are synchronous with the formation of the low-angle post-orogenic detachment and the emplacement of granodioritic magmas. The structural position of the deposits attests of an emplacement during ductile to brittle deformation conditions. Deposits associated with ductile to ductile-brittle deformation (skarn, carbonate replacement) are related to a marble decarbonation and magmatic fluid circulation. The progressive exhumation of the orogenic wedge allows the transition toward brittle conditions and opens the system to surficial meteoritic fluids. This meteoritic fluid circulation is responsible to remobilisation of metals from primary deposits allowing thus a second phase of deposition in a pure brittle deformation (epithermal veins), Cette thèse est centrée sur la ceinture orogénique Attico-Cycladique formée durant l'orogénèse Alpine. Par une approche multi-méthodes et multi-échelles combinant géologie structurale, pétrographie, thermobarométrie des assemblages minéraux, géochimie élémentaire et isotopique, et données PVTX des inclusions fluides associées, ce travail vise à caractériser et comprendre les relations entre circulations fluides, interactions fluides/roches, déformation, et mobilisation-transport-dépôt des métaux. Les marbres et schistes de la péninsule du Lavrion et de l'île d'Eubée témoignent d'une évolution orogénique complexe marquée par une phase d'enfouissement à l'Eocène suivie par deux phases d'exhumation successives syn-et post-orogéniques. Les minéralisations de type Cu-Pb-Zn-Fe-Ag de la région du Lavrion sont synchrones de l’activation du détachement post-orogénique et de la mise en place de plutons de granodiorite. Leurs positions structurales témoignent d’un piégeage depuis un régime de déformation ductile jusqu'à fragile. Les minéralisations mises en place durant le régime de déformation ductile à ductile-fragile (skarn et remplacement de carbonate) sont associées à la décarbonatation des niveaux de marbres et à la circulation des fluides magmatiques. L'exhumation progressive de la racine orogénique se traduit par la transition des roches depuis une déformation ductile vers un régime fragile associé à l’ouverture du système aux fluides de surface et notamment aux fluides météoriques. Cette circulation est responsable d’une remobilisation des métaux des minéralisations primaires permettant alors une seconde phase de précipitation dans un régime cassant (veines épithermales)

The Miocene igneous activity in Lesser Kabylia includes a ~130 km-long EW-trending lineament that extends along the eastern Algerian margin from Kabylie de Collo to Ouest-Edough-Cap de Fer area. It includes mostly medium-K to High-K calc-alkaline plutonic and volcanic rocks. In the studied area, these magmatic rocks crosscut and/or overlie the inner zones of the Maghrebides represented by basement and Kabylian cretaceous and Numidian flyschs nappes. New U-Pb dating on zircons and K-Ar ages on whole rocks and separated minerals document a 17 Ma onset for the post-collisional K-rich calc-alkaline magmatism. These Upper Burdigalian ages obtained on the Bougaroun pluton are the oldest presently identified for Krich calc-alkaline rocks in the whole 1200 km-long EW trending magmatic belt located along the Mediterranean coast of Maghreb. However, according to new K-Ar ages, magmatic activity started in Ouest Edough zone at ~16 then persisted intermittently in the two studied areas at ~15.5 Ma, 14-13 Ma and stopped at ~11 Ma, with the emplacement of mafic and felsic dykes in Kabylie de Collo. In addition, we measured older (Upper Oligocene) Ar-Ar hornblende ages of 27.0 ± 3.0 Ma and 23.3 ± 3.2 Ma on LREE-depleted gabbros outcropping at Cap Bougaroun sensu stricto. According to our new geochemical and isotopic data, we distinguish two sources for magmatic rocks in the studied area: a depleted mantle source which could represent the ambient asthenosphere still not modified by the subduction processes at the time of emplacement of the Upper Oligocene LREE-depleted gabbros. The latter could be related to the Upper-Oligocene rifting before the back-arc crust formation in Algerian basin or to dyke systems or gabbroic intrusions crosscutting the stretched Kabylian continental crust. An enriched mantle source modified by a subduction component (melt or fluid) escaping from a northward-dipping subducted Tethyan oceanic lithosphere. The enriched mafic magmas are believed to come from this metasomatized mantle and are genetically related to the differentiated rocks through crystal fractionation and assimilation of large amounts of crustal lithologies, during their ascent through the African continental crust. We propose a tectono-magmatic model involving an Early Miocene Tethyan slab breakoff combined with delamination of the edges of the African and Kabylian continental lithospheres. At 17 Ma, the asthenospheric thermal flux upwelling through the slab tear induced the thermal erosion of the Kabylian lithospheric mantle metasomatized during the previous subduction event and triggered its partial melting. We attribute the strong trace element and isotopic crustal signature of Bougaroun felsic rocks to extensive interactions between ascending mafic melts and the African crust underthrust beneath the Kabylie de Collo basement.; L’activité magmatique miocène en Petite Kabylie s’exprime par la mise en place de roches plutoniques et volcaniques de composition majoritairement riche en K ainsi que moyennement riches en K. Ces roches forment des pointements dispersés sur près de 130 km le long de la marge méditerranéenne de l’Algérie. Dans les deux secteurs d’étude : la Kabylie de Collo et l’Ouest Edough-Cap de Fer, elles recoupent les empilements de nappes de socle et de flyschs crétacés et numidiens. De nouvelles datations U-Pb sur zircons et K-Ar sur roche totale et minéraux séparés ont permis de fixer à 17 Ma le début de l’activité magmatique post-collisionnelle à affinité calco-alcaline riche en K2O. Ces âges obtenus sur le batholithe granitique de Bougaroun (200 km2) sont les plus anciens jamais obtenus dans toute la Marge Méditerranéenne du Maghreb. L’activité magmatique s’étend vers l’Est et atteint la zone ouest-Edough-Cap de Fer vers ~16 Ma puis se poursuit de façon intermittente dans les deux secteurs d’étude à ~15 Ma, 14-13 Ma jusqu’à 11 Ma avec la mise en place de corps filoniens mafiques et felsiques en Kabylie de Collo. En outre, un âge oligocène supérieur (27.0 ± 3.0 Ma et 23.3 ± 3.2 Ma) a été mesuré par la méthode Ar/Ar sur amphiboles des gabbros à caractère océanique du Cap Bougaroun s.s (Kabylie de Collo). Les nouvelles données géochimiques et isotopiques ont permis de mettre en évidence deux sources pour le magmatisme dans les deux secteurs étudiés. Une première source mantellique appauvrie, non modifiée par un composant de subduction qui est à l’origine des gabbros à caractère océanique du Cap Bougaroun s.s et de Bou Maïza au Sud de l’Edough. Ceux-ci pourraient représenter des reliques du stade de rifting d’âge oligocène supérieur en prélude à l’ouverture en position arrière-arc du bassin algérien. Une deuxième source enrichie en terres rares légères et en éléments mobiles est représentée par le manteau lithosphérique subcontinental kabyle précédemment métasomatisé durant la subduction à vergence nord de la lithosphère océanique téthysienne au Paléogène. Les magmas mafiques enrichis en LREE issues de cette source ont ensuite évolué par cristallisation fractionnée et contamination crustale pour former les roches intermédiaires et felsiques de la marge est-algérienne. Nous proposons un modèle tectono-magmatique de rupture de slab téthysien associée à une délamination crustale au niveau des bordures des deux lithosphères continentales africaine et kabyle. A 17 Ma, le flux thermique d’origine asthénosphérique ascendant à travers la déchirure du slab téthysien induit la fusion du manteau téthysien. Les magmas mafiques calco-calcalins moyennement potassiques subissent des échanges chimiques avec le socle africain durant leur ascension à travers celui-ci, générant les magmas intermédiaires et felsiques calco-alcalins riches en K caractérisés par une importante signature crustale.

Si les cavernes sont des conservatoires exceptionnels de l’histoire de l’humanité que symbolisent des noms comme Niaux, Lascaux, la grotte Chauvet, le karst est aussi un marqueur remarquable de l’histoire géologique récente. Le groupe Médi-Terra, UMR 7194 depuis janvier 2014, de l’université de Perpignan, s’est tourné récemment vers ce domaine avec pour objectif d’étudier les rythmes de l'incision des vallées dans les Pyrénées et les implications géodynamiques à partir de la datation de l’aba...

The origin of the Earth's atmosphere remains poorly understood. Its elemental and isotopic compositions have been shaped by numerous events in the history of our planet, such as extraterrestrial contributions, mantle degassing, atmospheric escape etc. This study aimed to analyze the composition of atmospheric gases trapped in several billion years old samples in order to better understand the origin and evolution of the Earth's atmosphere. Isotope analyses of xenon, a noble gas, demonstrate that part of the atmosphere was not brought by meteorites but might have been delivered to the Earth's atmosphere by volatile-rich bodies such as comets. Furthermore, the isotopic composition of atmospheric Xe evolved over geological ages and can be linked to the progressive oxidation of the atmosphere that permitted the emergence and development of modern forms of life.; L'origine de l'atmosphère terrestre demeure énigmatique. De plus, de nombreux évènements tels que les contributions de matière extraterrestre, le dégazage de la Terre solide ou encore les fuites de l'atmosphère vers l'espace ont modifié la composition de l'atmosphère au cours du temps. Ces travaux de thèse visaient à analyser précisément la composition de l'atmosphère ancienne piégée dans des roches âgées de plusieurs milliards d'années afin de mieux contraindre son origine et son évolution. L'analyse des isotopes du xénon, un gaz rare, démontre qu'une fraction de l'atmosphère terrestre ne peut avoir été apportée par les météorites mais plutôt par des corps riches en eau et en éléments volatils tels que les comètes. De plus, la composition isotopique de l'atmosphère a évolué au cours du temps jusqu'à il y a deux milliards d'années environ. Cette évolution du fractionnement est peut-être concomitante à celle l'oxygénation progressive de l'atmosphère qui a permis le développement de la vie telle que nous la connaissons aujourd'hui.

Cenozoic is marked by climatic instability and accelerating continental uplifts. Increasing sediment yield is generated, buffered and transferred by river to the deep sea. Four of the major turbidite systems in the world are located on the northern and the western margins of the Indian Ocean: the Ganges-Brahmaputra, the Indus, the Zambezi and the Tanzanian systems. This work aims to understand forcings affecting sedimentation and morphology of two main turbidite systems (Tanzanian system and Ganges-Brahmaputra system) and results have been compared with their nearest neighbors (respectively Zambezi and Indus). Based on a multiproxies approach in both area, our main results are as follows: (1) during Cenozoic, tectono-sedimentary evolution of the Tanzania margin led to the development of an atypical turbidite system wherein morphology attest of a strong structural control; (2) the Ganges-Brahmaputra system has a sedimentary activity mainly forced by sea level variations. This turbidite system records variations in many forcings impacting sedimentation from the catchment to the deep sea. Turbidite system activity and architecture revealed a strong variability mainly linked to the geodynamic and physiographic context of each studied margin. It appears necessary to integrate all forcings (affecting both the catchment and the deep sea) in the study and the understanding of sedimentary activity in a turbidite system., Le Cénozoïque est marqué par une instabilité climatique et l’accélération des surrections continentales. Ces phénomènes engendrent une augmentation de la production sédimentaire, transférée par les fleuves vers le domaine marin profond. Les façades nord et ouest de l’océan Indien voient se mettre en place quatre des plus grands systèmes sédimentaires au monde : le Gange-Brahmapoutre, l’Indus, le Zambèze et le système tanzanien. Ce travail vise à comprendre les forçages agissant sur la sédimentation et l’architecture de deux des principaux systèmes turbiditiques de l’océan Indien (système tanzanien et du Gange-Brahmapoutre), pour ensuite les comparer avec leurs plus proches voisins (respectivement le Zambèze et l’Indus). Nos principaux résultats, basés sur une approche multiproxy dans les deux zones, mettent en évidence plusieurs points : (1) l’évolution tectono-sédimentaire de la marge tanzanienne au cours du Cénozoïque a mené au développement d’un système turbiditique majeur et atypique, dont la morphologie moderne atteste de l’importance de l’activité tectonique sur sa construction ; (2) le système du Gange-Brahmapoutre enregistre une activité sédimentaire polyphasée, en lien principalement avec les variations du niveau marin. Ce système est capable d’enregistrer les variations de nombreux forçages, influençant à la fois les bassins versants et le domaine marin. Le fonctionnement sédimentaire et l’architecture des systèmes turbiditiques ont révélé une grande diversité selon le contexte géodynamique et physiographique des façades étudiées. La nécessité d’intégrer l’ensemble des forçages (agissant depuis le bassin versant jusque dans le domaine marin profond) dans l’étude de l’activité sédimentaire d’un système turbiditique apparait essentielle de nos jours.

The origin of the Earth's atmosphere remains poorly understood. Its elemental and isotopic compositions have been shaped by numerous events in the history of our planet, such as extraterrestrial contributions, mantle degassing, atmospheric escape etc. This study aimed to analyze the composition of atmospheric gases trapped in several billion years old samples in order to better understand the origin and evolution of the Earth's atmosphere. Isotope analyses of xenon, a noble gas, demonstrate that part of the atmosphere was not brought by meteorites but might have been delivered to the Earth's atmosphere by volatile-rich bodies such as comets. Furthermore, the isotopic composition of atmospheric Xe evolved over geological ages and can be linked to the progressive oxidation of the atmosphere that permitted the emergence and development of modern forms of life., L'origine de l'atmosphère terrestre demeure énigmatique. De plus, de nombreux évènements tels que les contributions de matière extraterrestre, le dégazage de la Terre solide ou encore les fuites de l'atmosphère vers l'espace ont modifié la composition de l'atmosphère au cours du temps. Ces travaux de thèse visaient à analyser précisément la composition de l'atmosphère ancienne piégée dans des roches âgées de plusieurs milliards d'années afin de mieux contraindre son origine et son évolution. L'analyse des isotopes du xénon, un gaz rare, démontre qu'une fraction de l'atmosphère terrestre ne peut avoir été apportée par les météorites mais plutôt par des corps riches en eau et en éléments volatils tels que les comètes. De plus, la composition isotopique de l'atmosphère a évolué au cours du temps jusqu'à il y a deux milliards d'années environ. Cette évolution du fractionnement est peut-être concomitante à celle l'oxygénation progressive de l'atmosphère qui a permis le développement de la vie telle que nous la connaissons aujourd'hui.

The Canadian basin is among the few basins worldwide for which the nature and the geometry of the substratum, and therefore the opening mode, are still unknown. Paleogeographic models based on the few data available are subject to controversy, with different mechanisms and inception ages. According to current paleogeographic models, the margins of Canadian basin either considered as extensional or transform margins. Detailed study of their structures and chronologies is a preliminary exercise to discriminate between permissible models. The most sollicited opening model assumes a change of polarity of the overall subduction south to the canadian basin during the multiphase Brookian orogeny.The Brooks orogen is located north of the alaskan peninsula and south of the canadian basin. It constitutes one of the main assembly stage of terranes in the Northern Cordillera : docking of the Arctic-Alaska-Chukotka terrane with the peri-Pacific arcs system. Its collisional stage is deemed synchronous of the opening of the Canada Basin, which is likely to provide clues about the coupling between tectonics of the north basin and intra-Alaska Cordillera deformation. This orogen has both recorded and influenced the geodynamic history of the Canadian basin. The relative chronology of the development of the two structures is essential and any reconstruction of regional geodynamics must reconcile them in terms of kinematics and boundary conditions., Le bassin canadien figure parmi les rares bassins au monde dont la nature et la géométrie du substratum, et donc le mode d'ouverture, ne sont aujourd'hui pas connus. Les modèles paléogéographiques contraints par les rares données disponibles sont sujets à des interprétations controversées avançant des mécanismes et des âges d'ouverture différents, voire contradictoires. Selon les modèles paléogéographiques proposés, les marges du bassin canadien sont tantôt extensives, tantôt transformantes. L'étude de leurs structures et de leurs histoires détaillées est un exercice préalable à la discrimination des modèles plausibles. Le modèle d'ouverture le plus couru fait appel à un changement de polarité de la subduction au sud du bassin canadien au cours de l'orogenèse brookienne polyphasée.La chaîne de Brooks se situe au nord de la péninsule alaskane et au sud du bassin canadien. Elle est un des nombreux stades d'assemblage des "terranes" de la Cordillère Nord-Américaine : celui de l'implication d' " Arctic-Alaska-Chukotka (AAC) " Son stade collisionnel est réputé synchrone de l'ouverture du bassin canadien. C'est donc là qu'il faut chercher les indices des couplages entre la tectonique du bassin au Nord, la déformation intra-cordillère en Alaska et le système de subductions au Sud. Cette orogène est un témoin actif de l'ouverture du bassin canadien, il a enregistré et modifié les conditions aux limites qui ont présidé à son ouverture. La chronologie relative du développement des deux structures est donc essentielle et toute reconstruction de la géodynamique régionale se doit de les concilier en termes de cinématique et de conditions aux limites.