Déformation des unités métamorphiques de haute pression de la subduction à l'exhumation. (Exemple des Cyclades, Grèce)

Highpressure-­‐lowtemperaturemetamorphicrocksarewitnessofthebehaviourofsubductionzonesatlithospherescale.Theserocksundergoprogradeandretrogrademetamorphismduringburialandexhumation,respectively.Duringexhumation,deformationevolvesfromductiletobrittle.ThepresentthesisconsistsinananalysisofthesuccessivedeformationsrecordedbytheCycladicBlueschistUnit(CBU)inGreeceduringasubduction-­‐exhumationcycle,intheframeoftheAegeanback-­‐arcextension.ThestudyofductiledeformationsrecordedbytheCBUwasusedtoseparatethoseassociatedtoburial,duringsubduction,fromthoserelatedtoexhumationandtocharacterisetheirkinematicsintheframeoftheAegeanextensiondynamics.Arestorationofpost-­‐12MadeformationsshowsthatinearlytomiddleMiocenedeformationisduetoonlyonedetachment(theNorthCycladicDetachment)controlledonlyonecorecomplex(theCentralCycladesCoreComplex).Laboratoryexperimentsonsmall-­‐scalemodelshavebeenusedtoarguethatAegeanextension,since12Ma,resultedfromaninteractionbetweentheHellenicsubductionretreattowardtheSWandthewestwarddisplacementofAnatoliaatleast7yearsearlierthanwhatwasthoughtuptonow.ThefoldeddomainofthecentralCycladesisadirectwitnessofthisinteraction.TheexperimentsalsoshowthattheVardarsuturehasplayedanimportantlocalisingroleinthisprocessasapre-­‐existingweakzoneLesrochesmétamorphiquesdehautepression–bassetempératuresontdestémoinsdufonctionnementdeszonesdesubductionàl’échelledelalithosphère.Lorsdeleurenfouissementcesrochessubissentunmétamorphismeprograde,puisretrogradependantleurexhumation,etuneévolutiondesdéformationsdeductilesàfragiles.Cettethèseprésenteuneanalysedesdéformationssuccessivesenregistréesparl’unitédesSchistesBleusCycladiques(SBC)enGrècependantuncyclesubduction-­‐exhumation,danslecadredel’extensionarrière-­‐arcduDomaineEgéen.L’étudedesdéformationsductilesenregistréesparlesSBCapermisdedistinguercellesassociéesàl’enfouissement,pendantlasubduction,decellessynchronesdel’exhumationetdecaractériserleurcinématiquedanslecontextedynamiquedel’extensionégéenne.Unerestaurationdesdéformationspostérieuresà12Mamontrequel’extensionMiocèneinférieuràmoyenn’estduequ’àunseuldétachement,leDétachementNordCycladique,contrôlantledéveloppementd’unseuldômeextensif,leCoreComplexdesCycladesCentrales.Desexpériencesdelaboratoiresurmodèlesréduitsontpermisd’argumenterqueladéformationégéenne,depuis12Ma,résultaitd’uneinteractionentreleretraitversleSWdelasubductionHelleniqueetledéplacementversl’ouestdel’Anatolie,aumoins7Maplustôtqu’onlepensaitjusqu’àprésent.LazoneplisséeducentredesCycladesenestuntémoingéologiquedirect.LesexpériencesontaussimontréquelasutureduVardarajouéunrôleimportantdansceprocessus,entantquezonedefaiblessemécanique

Palaeozoic collision between the North and South China Blocks, Triassic intracontinental tectonics, and the problem of the ultrahigh-pressure metamorphism

International audienceThe Qinling–Dabie Belt represents the boundary between the North and South China Blocks (NCB, SCB, respectively), where ultrahigh-pressure (UHP) rocks are widespread. A structural study in eastern Qinling and zircon LA ICPMS dating of the migmatite that form the core of the Central Qinling Unit allows us to argue that continental collision occurred in Silurian, before 400 Ma. In the Late Palaeozoic, from Devonian to Permian, the northern margin of SCB experienced a continental rifting. From Late Permian to Middle Triassic, northward continental subduction of SCB is responsible for the development of a high-pressure metamorphism. The age of the UHP metamorphism remains unsettled yet. A two-time genesis, Early Palaeozoic and Early Triassic, is often preferred, but a single Palaeozoic age followed by a Triassic resetting cannot be ruled out

Comment expliquer la dualité thermique des subductions pré-orogéniques ? Exemple du métamorphisme de haute-pression dans le Massif central français

A travers une étude pétrochronologique des roches de haute-pression (HP), cette thèse a pour objectif de contribuer à la compréhension de la dynamique varisque dans le Massif Central français (MCF) via la réponse à différentes questions : i) Quelles unités ont enregistré le métamorphisme de HP dans le MCF ? ii) Quelle est l'origine de la diversité du métamorphisme de HP dans le MCF ? iii) Quel est l'âge du métamorphisme de HP ? iv) Quel est le nombre de zones de subduction impliquées dans la structuration du MCF ? i) Il est généralement admis que les éclogites témoignant du métamorphisme de HP dans le MCF affleurent dans l'Unité Supérieure des Gneiss (UGU), une unité formée par des paragneiss migmatitiques contenant des éclogites rétromorphosées. Cependant, des investigations pression-température (P-T) dans les terrains sud du massif (unités de Najac-Laguépie) ont permis d'identifier une seconde unité de HP. La présence de micaschistes éclogitiques (570°C, 16 kbar) renfermant des lentilles d'éclogites fraiches dans le Massif de Najac a été attribuée à l'existence d'une Unité Intermédiaire (IU), déjà reconnue dans le Limousin. Les amphibolites de Laguépie ayant enregistré des conditions granulitiques (710°C, 10 kbar) vers 363 Ma ont été associées à l'UGU. Ainsi, il est proposé dans ce travail que le métamorphisme de HP dans le MCF se localise dans deux unités structurales distinctes. ii) La subdivision des éclogites dans le MCF est classiquement basée sur les températures de cristallisation au pic de pression. On distingue ainsi des éclogites de HP/BT ayant cristallisé en dessous de 700°C et des éclogites de HP/HT ayant cristallisé au-delà de 700°C. Dans le Limousin, une étude P-T comparative entre les deux types d'éclogites situées dans les deux unités tectono-métamorphiques différentes (éclogites fraiches de l'IU et éclogites rétromorphosées de l'UGU) montre des gradients géothermiques différents au pic de pression, de 7- 8°C/ km pour l'IU et 8-12°C/ km dans l'UGU. La différence dans les gradients calculés reflète différentes pressions pour des températures comparables (globalement entre 650-700°C). Les conditions d'exhumation sont nettement différentes entre les deux unités : les éclogites de l'IU caractérisent une exhumation accompagnée d'une diminution de température tandis que les éclogites de l'UGU témoignent d'une exhumation à température constante voire avec un léger réchauffement. Ainsi, la diversité du métamorphisme de HP dans le MCF est le résultat d'une évolution post-éclogitique contrastée plus qu'à des températures de cristallisation différentes au pic de pression. Par comparaison avec la dynamique égéenne, deux processus d'exhumation différents sont proposés. Les éclogites de l'UGU seraient liées à une exhumation par accrétion à la plaque supérieure via un mécanisme de retrait du panneau plongeant. Ce mécanisme explique l'exhumation " chaude " à l'instar de certaines roches des Cyclades (Naxos). Les éclogites de l'IU auraient été exhumées dans le prisme d'accrétion, à l'image des unités de Crète. iii) L'étude géochronologique des deux éclogites a permis de contraindre un âge U-Pb du métamorphisme de HP par LA-ICP-MS sur zircons de 377± 1 Ma dans les éclogites de l'UGU et de 364 ± 3 Ma dans celles de l'IU. Ces âges Dévoniens supérieurs plus jeunes que l'âge siluro-dévonien connu pour le métamorphisme de HP dans le MCF sont compatibles avec les données récentes acquises dans les terrains sud du massif. Ils s'inscrivent également dans l'âge de la HP reconnu dans le reste de la chaine varisque. iv) Le modèle polycyclique d'évolution de la convergence varisque, impliquant deux zones de subduction dont une, d'âge Silurien à Dévonien inférieur, ne rend pas compte des données acquises dans ce travail. Par conséquent, un scénario géodynamique monocyclique, impliquant une seule subduction au Dévonien moyen à supérieur, est finalement proposé.Through a petrochronological study of high-pressure (HP) rocks, this thesis aims to improve the general understanding of variscan dynamics in the french Massif Central (FMC) by addressing different questions: i) Which units record HP metamorphism in the FMC? ii) What is the origin of the diversity in HP metamorphism in the FMC? iii) What is the age of HP metamorphism? iv) What is the number of subduction zones involved in FMC structuration. i) It is generally accepted that eclogites evidencing HP metamorphism in the FMC are localized in the Upper Gneiss Unit (UGU), a unit formed by migmatitic paragneisses containing retrogressed eclogites. However, pressure-temperature (P-T) investigations in the southern part of the massif (Najac-Laguépie units) evidenced a second HP unit. The presence of eclogitic micaschists (570°C, 16 kbar) containing lenses of fresh eclogites in the Najac massif has been attributed to the existence of an Intermediate Unit (IU) which have already been mentionned in the Limousin. The amphibolites of Laguépie that recorded granulitic conditions (710°C, 10 kbar) around 363 Ma have been associated with the UGU. Thus, it is proposed in this work that HP metamorphism in the MCF is localized in two distinct structural units. ii) The subdivision of eclogites in the MCF is based on temperatures of crystallization at the pressure peak. Hence, we distinguish HP/LT eclogites having crystallized below 700°C and HP/HT eclogites having crystallized above 700°C. In the Limousin, a P-T study comparing the two types of eclogites located in the two different tectono-metamorphic units (fresh eclogites of the IU and retrogressed eclogites of the UGU) shows different geothermal gradients at the pressure peak, about 7-8°C/ km for the IU and 8-12°C/ km for the UGU. The plurality in calculated gradients reflect different pressures for comparable temperatures (grossly between 650-700°C). The conditions of exhumation are significantly different between the two units: the IU eclogites characterize an exhumation supported by a decrease in temperature while the UGU eclogites show an exhumation at constant temperature or even with a slight heating. Thus, the diversity in HP metamorphism in the FMC can be mostly attributed to a contrasted post-eclogitic evolution more than to different crystallization temperatures at pressure peak. In comparison with Aegean dynamics, two different exhumation processes are proposed. The UGU eclogites would reflect an exhumation by accretion to the upper plate, driven by a slab roll-back mechanism. This mechanism explains the "hot" exhumation as suggested for some HP rocks of the Cyclades (Naxos). The eclogites of the IU would have been exhumed in the accretionary prism like the HP units of Crete. iii) The geochronological study of the two eclogites allowed to constrain U-Pb age for HP metamorphism by LA-ICP-MS on zircons at 377± 1 Ma in the UGU eclogites, and at 364 ± 3 Ma in the IU eclogites. These upper Devonian ages are younger than the Silurian-Devonian age attributed to the HP metamorphism in the FMC. Nevertheless, they are consistent with the recent studies acquired in the southern parts of the massif and the rest of the variscan belt. iv) Data obtained in this work does not support a Silurian to lower Devonian subduction zone as it was proposed by polycyclique geodynamic model explaining the variscan structuration of the FMC. Consequently, this thesis proposes a monocyclic geodynamic scenario, involving a single middle to upper Devonian subduction

Histoire Géologique du massif Armoricain : Actualité de la recherche

National audienceUne part essentielle de l'histoire géologique de la France (et même d'Europe occidentale, avec des roches ayant environ 2000 Ma) est déchiffrable dans le Massif armoricain. Si celui-ci est réputé pour ses excellentes qualités d'affleurement sur le littoral (Armor, ou pays de la mer), certains objets ou structures ne peuvent être observés que dans le bocage (Argoat, ou pays des arbres), où leur lisibilité est souvent problématique. En Armor comme en Argoat, de nombreux sites constituent un réel patrimoine géologique (l'intérêt de certaines localités sera mis en exergue dans le texte), dont la valeur ne peut être jaugée qu'au regard de son intérêt scientifique. Ainsi ce travail - une mise en perspective de nos connaissances scientifiques sur l'évolution géologique du Massif armoricain - est-il basé sur plusieurs synthèses antérieures (par ex. Le Corre et al., 1991 ; Ballèvre et al., 2009), qu'il complète en intégrant les nouvelles données disponibles. Plus qu'un exposé complet des faits, nous visons à clarifier certains débats, et montrer en quoi les recherches en cours changent notre image globale du Massif armoricain. Nous restreindrons notre analyse à la période qui couvre la fin du Protérozoïque (Ediacarien : 635-540 Ma), le Paléozoïque (540-250 Ma) et le début du Mésozoïque (Trias : 250-200 Ma)

Exhumation de la Ceinture parautochtone par fluage chenalisé tardi-grenvillien (réservoir Manicouagan, Province de Grenville central) : identification et rôle de la structuration du socle

RÉSUMÉ L'évolution tectonique de la Province de Grenville est encore mal comprise et controversée, notamment en ce qui concerne les modèles tectoniques s'appliquant à l'enfouissement et à l'exhumation de la Ceinture parautochtone lors de la deuxième phase de l’Orogenèse Grenvillienne au Protérozoïque appelée Rigolet. Ainsi, un modèle de prisme orogénique, basé sur une compilation de données provenant de l'ensemble de la Province de Grenville, a été proposé pour l'enfouissement de cette ceinture. Il trouve son support principal dans une étude structurale et métamorphique détaillée, conduite dans la Province de Grenville orientale. Par contraste, un modèle d'extrusion de nappes ductiles, basé sur les similarités géométriques entre les structures crustales observées et les prédictions de modélisations numériques, a également été proposé. Il est cependant admis que l'exhumation de cette ceinture s'est effectuée par effondrement gravitaire au stade de déclin orogénique, bien que ce modèle ne soit basé que sur les âges de refroidissement et l’interprétation de coupes sismiques.----------ABSTRACT The tectonic evolution of the Grenville Province is poorly understood and highly debated, notably concerning the burial and exhumation of the Parautochthonous Belt during the second phase of the Proterozoic Grenvillian Orogeny: the Rigolet. Based on an orogen-wide data compilation and finding its main support in a field-based study conducted in the eastern part of the province, an orogenic wedge model was proposed for the burial of the Parautochthonous Belt. Mainly based on similarities between observed and modeled crustal geometries, a model of hot-nappes, ductile extrusion has also been proposed. Nevertheless, based mainly on cooling ages and the interpretation of seismic transect, the exhumation of HP rocks of this belt is generally thought to have occurred by gravitational collapse at the end of the orogenic cycle

Recyclage du carbone et formation du diamant en zone de subduction : contraintes expérimentales

In order to constrain the hypotheses of carbon recycling and diamond formation at subduction zones, experiments were carried out on a multi-anvil apparatus with a starting mixture composed of Fe-dolomite + quartz (contained in subducted sediments or due to the alteration of basalts) in pressure - temperature conditions from 4 to 14 GPa and 800 to 1600°C. Two studies were conducted : first, the stability of the mixture was constrained at intrinsic and reducing conditions; then, the interactions with the mantle wedge were studied by constraining, first, the exchange processes between a Fe-dolomite + quartz cylinder and a garnet peridotite cylinder, and then, phase equilibrium relations in mixtures of sediment + peridotite in various proportions. This study shows that a carbonated sediment (or eclogite) is destabilised at lower depth in the presence of iron. Moreover, the reducing conditions imposed by the mantle also lower their stability depth during subduction. A reaction zone composed mainly of clinopyroxene + Fe-magnesite forms at slab/mantle interface. Carbon infiltration in the mantle wedge is very fast and magnesite cristallizes. Thus, recycling of carbonates to high depth is unlikely. These experiments also show that graphite or diamond can form at the top of the subducted crust by the reduction of carbonates at low temperature.Afin d'évaluer les hypothèses de recyclage interne du carbone par la subduction et de formation de diamant dans la croûte subductée, des expériences ont été réalisées en presse multi-enclumes sur l'assemblage Fe-dolomite + quartz (présent dans les sédiments subductés ou formé par l'altération des basaltes) dans des conditions de pression-température de 4 à 14 GPa et de 800 à 1600°C. Deux études ont été menées : la stabilité de cet assemblage a d'abord été testée en conditions rédox intrinsèques puis en conditions réductrices ; ensuite, les interactions avec le coin mantellique ont été évaluées en étudiant, d'une part, les processus d'échange entre un cylindre de Fe-dolomite + quartz et un cylindre de péridotite à grenat, et d'autre part, les équilibres de phases dans des mélanges péridotite-sédiment. Cette étude montre qu'un sédiment (ou une éclogite) carbonaté est déstabilisé à plus faible profondeur en présence de fer. De plus, les conditions réductrices imposées par le manteau diminuent encore la stabilité de cet assemblage lors de la subduction. Une zone réactionnelle à clinopyroxène + Fe-magnésite se forme à l'interface slab/manteau. L'infiltration du carbone dans le coin mantellique est très rapide et de la magnésite s'y forme. Ainsi, un recyclage des carbonates à grande profondeur semble peu probable. Ces expériences montrent également que du graphite ou du diamant peut se former au sommet de la croûte océanique subductée par réduction des carbonates à basse température

Analyse structurale de la Zone Imbriquée de Manicouagan (Province de Grenville centrale, Québec, Canada) : mise en évidence d’une tectonique régionale en constriction

Résumé Des portions transversales de discontinuités structurales majeures se retrouvent régulièrement dans les chaînes de montagnes. Bien que courants, l’origine de ces segments reste controversée et peut être multiple. Dans la Province de Grenville, un important segment transversal est situé dans la Zone Imbriquée de Manicouagan (MIZ). Important parce qu’il affecte l’Allochthon Boundary Thrust (ABT), un chevauchement majeur qui apparaît sur toute la longueur de la Province, mais qui n’a pas été particulièrement étudié, important également parce que la MIZ délimite des roches au faciès éclogite, un faciès haute pression et température qui n’est que rarement présent dans la Province de Grenville. Une analyse structurale montre que la déformation dans le Terrane de Gagnon de la Ceinture parautochtone, situé au mur de l’ABT, est caractérisée par une déformation relativement faible, une présence de plis et de leucosomes et une déformation supra-solidus. Inversement, dans le toit de l’ABT, la MIZ est dominée par une forte déformation sub-solidus et une absence de plis. L’ellipsoïde de déformation reconstruite dans cette étude dont la forme allongée (prolate) identifie une déformation en constriction dans la MIZ est incompatible avec l’option d’un pli pour expliquer la forme de l’ABT. Par ailleurs, cette hypothèse d’un pli est également invalidée puisqu’une rotation des structures planaires de la MIZ suivant un axe de pli plongeant vers le SE ne permet pas un regroupement des structures linéaires. L’option d’un pli est donc abandonnée au profit de l’hypothèse d’extrusion de nappe ductile telle que suggérée par d’autres études. Cette option est appuyée par toutes les observations décrites précédemment. La nappe ductile compétente a pu être extrudée grâce à l’interaction entre les contrastes de viscosité dans les rampes du socle agissant comme des pénétrateurs et les contrastes de densité entre les Ceintures allochtone et parautochtone. L’incrément final de la déformation dans la MIZ est daté entre 995 ± 6 et 991 ± 8 Ma (U-Pb sur zircon) à partir de deux échantillons de dykes granitiques déformés. La déformation au mur de l’ABT à l’est de la MIZ est datée à 984 ± 5 Ma à partir d’un leucosome plissé dans un paragneiss. La déformation est synchrone de part et d’autre de l’ABT ce qui permet de comprendre que l’extrusion de la MIZ a eu une influence sur les roches de la Ceinture Parautochtone. Les rampes ainsi que la présence de roches dans les niveaux structuraux supérieurs ont contrôlé l’orientation de la nappe en favorisant une direction pour son exhumation. L’espace limité a été accomodé par une déformation en constriction au sein de la nappe et par une compression dans les roches environnantes. L’interaction de ces phénomènes est la principale raison pour laquelle l’ABT, délimitant la nappe ductile proposée, est transverse à l’orogène. ---------- Abstract Transverse portions of major structural discontinuities are regularly found in orogens. Although common, the origin of these segments remains controversial and appears to be multiple. One major transverse segment of the Grenville Province is located in the Manicouagan Imbricate Zone (MIZ). It is important because it affects the Allochthon Boundary Thrust (ABT), a prominent structure which appears throughout the Province but is largely understudied, and it is important because the MIZ delimits eclogite facies rocks, a high-pressure and temperature facies that rarely occurs in the Grenville Province. A structural analysis shows that deformation in the adjacent Gagnon Terrane of the Parautochthonous Belt, at the footwall of the ABT, is characterized by low strain, the common presence of folds, leucosomes and supra-solidus deformation. Conversely, the MIZ in the hanging-wall of the ABT, is dominated by a strong, subsolidus deformation and an absence of folds. The strain ellipsoid reconstructed in this study has a prolate shape characterizing a constrictive deformation which is incompatible with a folding option to explain the MIZ transverse shape. In addition, a rotation of planar fabrics along a fold axis plunging towards the SE conflicts with this hypothesis since it does not regroup linear structures. The folding option is discarded in favor of the previously suggested ductile nappe extrusion. This option is supported by all previously described observations. The strong and competent ductile nappe was able to be extruded because of the interaction between viscosity contrasts in basement ramps acting like indentors and density contrasts between the Allochthonous and Parautochthonous Belts. The final increment of deformation in the MIZ is dated between 995±6 and 991±8 Ma (U-Pb on zircon grains) from two samples of deformed granitic dykes. Deformation in the footwall of the ABT east of the MIZ is 984 ± 5 Ma from a folded leucosome of a paragneiss. Deformation is synchronous on both sides of the ABT which makes it possible to understand that the extrusion of the MIZ had an influence on the rocks of the Parautochthonous Belt. The ramps and the presence of parautochthonous rocks in higher structural levels controlled the orientation of the nappe by favoring a direction for its exhumation. The nappe had limited space, which was accommodated by its constrictive internal deformation and compression of the surrounding rocks. The interaction of these phenomena is the main reason why the ABT, delineating the proposed ductile nappe, is transverse to the orogen