Laboratoire de Géodynamique des Chaînes Alpines

14h00 Salle Dolomieu, 3ème étage de la Maison des Géosciences

Résumé

Les serpentinites (roches ultramafiques hydratées contenant environ 13 wt.% d’eau) sont particulièrement abondantes dans la lithosphère océanique formée aux dorsales lentes. En parallèle, il est acquis que les serpentinites sont aussi présentes le long du plan de subduction, et dans la partie hydratée du coin mantellique. Dans ce contexte, elles sont stables jusqu’à des profondeurs de 100 à 170 km correspondant à leur température de déstabilisation de l’ordre de 650-700°C (antigorite breakdown). De nombreux travaux ont montré que les serpentinites provenant de ces deux contextes étaient fortement enrichies en éléments mobiles dans les fluides (e.g. As, Sb, B, Li, Ba, Sr, U, Pb, Cs). L’objectif de ce travail de thèse est d’identifier la ou les phases porteuses de ces éléments dans les serpentinites et d’évaluer le comportement des éléments traces et des Terres Rares au cours de la serpentinisation.
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Abstract

Serpentinites (hydrated ultramafic rocks, 13 wt.% water) are particularly abundant in the oceanic lithosphere formed at slow-spreading ridges. Additionally, it is assumed that serpentinites are also present along the subduction plane, and in the hydrated part of mantle wedge. In this context, they are stable until depths of 100 to 170 km, corresponding to their destabilization at 650-700 °C (“antigorite breakdown”). Previous studies have shown that the serpentinites from oceanic and subduction environments could be significantly enriched in fluid-mobile elements (eg As, Sb, B, Li, Ba, Sr, U, Pb, and Cs). The aim of this Ph-D thesis is to identify the hosting phases for these elements into serpentinites, and to evaluate the behavior of trace and Rare Earth elements during serpentinization.
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14h00 Salle Dolomieu, 3ème étage de la Maison des Géosciences

Résumé

Cette thèse cible l'évolution Néogène de la branche sud de l'arc alpin occidental. Une approche multi-méthodes associant études de terrain, sismotectonique et thermochronologie basse température y met en évidence un régime tectonique complexe ainsi qu'une évolution morphologique et structurale originale au sein de l'arc. La fracturation s'organise autour d'un faisceau d'accidents NW-SE, à jeu principalement dextre, accompagnant la courbure de l'arc et commandant structure et morphologie. Par ailleurs, à l'échelle des massifs, une structuration en failles normales conjuguées NE-SW traduit une extension parallèle à la chaîne. D'autres failles normales traduisent une extension perpendiculaire à la chaîne. L'inversion des données microtectoniques a permis de caractériser des régimes de paléocontraintes décrochant et exten- sif. L'absence d'une chronologie cohérente à l'échelle régionale suggère que ces régimes ont coexisté. Je propose que ces régimes constituent deux extrêmes d'un régime de contrainte unique variable, résultant de l'interférence entre un champ de contraintes extensif, à tendance multidirectionnelle et propre à la partie interne, surépaissie de la chaîne, et un champ de contraintes décrochant à transpressif commandé aux limites de la chaîne.
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Abstract

This thesis focuses on the Neogene evolution of the south-Western Alps. An integrated approach coupling in-field analysis, seismotectonics and low-temperature thermochronology was adopted and highlights a complex tectonic pattern as an original tecto-morphic evolution within the Alpine belt. The faulting analysis shows a strong original pattern of NW-SE dextral fault drawing orogen- parallel valleys and accompanying the Alpine curvature. These faults coexist with a second order network of steep normal faults accommodating orogen-parallel extension. Paleostress inversions reveal a complex history of stress/strain in the South-Western Alps, involving an extensional and a transcurrent regime. Chronological discrepancies suggest that these regimes have coexisted. I propose that they are end members of a fluctuating stress state that results from interference between a regional extensional field and a more general transpressional field. In our view, the more local field would be induced by gravity while the general field is likely induced by indentation of Apulia.
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14h00 Salle Dolomieu, 3ème étage de la Maison des Géosciences

Résumé

Cette thèse présente les résultats d'une étude de l’histoire à long terme (Miocène – actuel) de l'exhumation des Andes vénézuéliennes, ses rapports avec des structures héritées et le développement de la topographie en réponse à la tectonique et les processus de surface. Les Andes vénézuéliennes constituent un exemple idéal pour étudier les rapports entre ces processus. Elles montrent des inversions et réactivations de structures pré-existantes et sont associées à un gradient climatique majeur dû à l'effet orographique de la chaîne. Par ailleurs, de nombreuses données sont disponibles concernant leur récente évolution tectonique. Cette chaîne de montagne résulte de la transpression causée par la convergence oblique du bloc continental de Maracaibo et de la plaque Amérique du Sud contrôlée, à plus grande échelle, par la jonction triple entre les plaques Amérique du Sud, Caraïbe et Nazca. La cinématique complexe de cette interaction triple et l'évolution continue des structures qui y sont liées, couplée avec les processus de surface, ont profondément affecté l'évolution des Andes vénézuéliennes...
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Abstract

This dissertation presents the results and observations of an investigation on the long-term (Miocene to present) exhumation history of the Venezuelan Andes, and the relationships between inherited structures and development of topography in response to tectonic and surface processes. The Venezuelan Andes are ideal for understanding the relationships between these processes, because they have involved through inversion and reactivation of pre-existing structures, they are associated with a major climatic gradient due to the orograpic effect of the belt and extensive data is available concerning their recent tectonic evolution. This mountain belt is the result of transpression caused by oblique convergence of the continental Maracaibo block and the South America Plate, controlled, on a larger scale, by the triple junction between the South American, Caribbean and Nazca plates. The complex kinematics of triple plate interaction and the continuous evolution of related structures coupled with surface processes have profoundly affected the evolution of the Venezuelan Andes...
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Resumen

Este trabajo investiga la historia de exhumación a gran escala (>1 Ma) y las relaciones entre estructuras heredadas y desarrollo de la topografía en respuesta los procesos tectónicos y superficiales que ocurren en un orógeno activo. Los Andes de Venezuela constituyen un área ideal para entender tales procesos, debido a que esta cadena es el resultado de la transpresión causada por la convergencia oblicua de dos bloques continentales: Maracaibo y Suramérica. A una escala mayor, la interacción entre esos bloques es controlada por la triple convergencia de la Placa del Caribe, la Placa Sudamericana y la Placa de Nazca. Si se considera la complejidad de este margen activo en conjunto con la acción de los procesos superficiales, todo esto altera de forma significativa la evolución del paisaje de Los Andes Venezolanos...
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14h00 Salle Dolomieu, 3ème étage de la Maison des Géosciences

Résumé

Durant le Crétacé Inférieur, le paysage paléogéographique de la Tunisie était représenté par les domaines suivants : une plate-forme stable continentale au sud, un bassin marin ouvert sur le sud de la Téthys au nord et une zone de transition entre les deux domaines sud et nord, représentée par une plate-forme carbonatée à mixte et des hauts-fonds. Dans notre étude, nous nous sommes intéressé à cette zone de transition (secteur du Kef-Tajerouine) qui montre une évolution d’un milieu néritique à un milieu plus ouvert. Dans les successions étudiées des secteurs du Slata, Djerissa, Boulahnèche et Hameïma, deux formations lithologiques déjà établies par des travaux antérieurs ont été étudiées, la Formation Hameïma et la Formation Fahdène. Dans ces successions, la découverte d’ammonites contribue à une nouvelle définition régionale des zones et à la découverte d’un Albien inférieur très étendu et plus complet par rapport à d’autres endroits.

Avec l’aide de cette biozonation, d’une étude fine de faciès et d’assemblages faunistiques, d'une reconnaissance des environnements de dépôt, d'une hiérarchisation des surfaces et des séquences, des corrélations stratigraphiques sont établies entre les différentes coupes. Ces corrélations permettent de délimiter des séquences et de proposer une reconstitution paléogéographique de la zone d’étude. L’analyse séquentielle a permis de découper l’intervalle étudié en cinq séquences de troisième ordre. Ainsi, dans la plate-forme silico-carbonatée, deux séquences d’ordre trois ont été identifiées (SA1 et SA2). Elles sont séparées par des surfaces d’exposition subaérienne matérialisées par des karsts. Ces deux séquences SA1 et SA2 ont été découpées en séquences d’ordre inférieur qui ont été corrélées entre les différents secteurs. Les trois autres séquences ont été identifiées dans le bassin (SA3, SA4 et SA5) et ont été également corrélées entre les différentes coupes. Le passage entre les séquences de plate-forme et séquences de bassin a été marqué par l’ennoyage de la plate-forme dans le cadre de la transgression albienne. La tectonique locale a joué un rôle primordial dans l’organisation paléogéographique, en effet, les cortèges sédimentaires peuvent présenter des variations en allant d’un secteur à autre.

Finalement, l’étude séquentielle a été appuyée par une étude des variations des isotopes stables de l’oxygène 18 et du carbone 13. en effet, les courbes des variations de ces deux isotopes semblent avoir enregistré des anomalies qui coïncident avec les surfaces particulières telles que les limites de séquences, de paraséquences, les surfaces d’inondation et les surfaces de transgression.

Abstract

During Lower Cretaceous, Central Tunisia belonged to the South-Téthyan passive margin. Paleogeographically, it was marked by the transition between the stable Saharian platform to the South, and the open marine Tethyan basin to the North. Our study deals with the evolution of this transition zone (El Kef-Tajerouine area) during the Albian transgression, which is represented by the Hameïma and Fahdène formations that overly the Aptian Carbonate shelf. Exhaustive ammonite collections allowed defining a regional biozonation, to establish the earliest Albian age of the Hameïma Fm, to evidence a sedimentary hiatus of most of the Middle Albian, and to state the diachronism of the Late Albian transgression.

Detailed study of facies and biotic assemblages led to recognise the environmental evolutions, to identify discontinuities, to define sequences and to correlate them throughout the studied area, thanks to the biostratigraphy. The studied succession can be divided into five third-order depositional sequences. The first two sequences (SA1, SA2) correspond to mixed, clastic-carbonate, shelf deposits, and are separated from each other by karstified exposure surfaces. They can be subdivided into minor depositional sequences that can be correlated regionally. The three overlying sequences (SA3 to SA5) were deposited in basinal environments. Above submarine erosional surfaces (sequence boundaries), are carbonated Lowstand systems tracts with benthic faunas, which are overlain by dark shales, whithin which the Maximum flooding surface is locally marked by pyritous or phosphatic ammonites. Particular surfaces (sequence or parasequence boundaries, maximum flooding or transgressive surfaces) are characterized by positive or negative excursions of the 18O and 13C stable isotope curves. At that time, Central Tunisia was a gently Northward-dipping ramp, submitted to very low energy deposition, although moderate shelf currents were active. The Albian transgressions provoked the drowning of the Aptian and earliest Albian platforms, and the South or SE-ward backstepping of the shelf facies.

Tectonic synsedimentary deformations began around the Aptian-Albian boundary, and increased in number, extent and intensity throughout the Early Albian, before to culminate with the Middle Albian sedimentary hiatus. These deformations were probably the cause of halocinetic deformations, since they usually predate diapir uplift. This tectonic unstability would be related to the end of the South Atlantic Ocean opening, the rifting of which seems to propagate between the African Saharian and Ethiopian shields, before to eventually break up toward the Central Atlantic Ocean.

Key words: Central Tunisia, Albian, Mixed platform, Sequence stratigraphy, Geochemistry, Tectonic.

14h30 Salle Dolomieu, 3ème étage de la Maison des Géosciences

Résumé

L’île de la Martinique a connu l’histoire volcanique la plus complète de l’arc des Petites Antilles, de 25 Ma à l’actuel. L’hétérogénéité chimique et isotopique des laves de l’île est très importante non seulement par rapport aux autres îles de l’arc mais aussi par rapport aux autres arcs intra-océaniques. L’objectif de ces travaux est d’expliquer la variabilité géochimique des laves de la Martinique et de caractériser les processus de genèse des produits volcaniques émis sur l’île. Pour cela, nous avons effectué une étude géochimique approfondie (éléments majeurs, éléments traces, rapports isotopiques du Pb, Sr, Nd et Hf) sur des échantillons de laves représentatifs de toute l’histoire volcanique de la Martinique. Grâce à une collaboration avec Aurélie Germa et Xavier Quidelleur de l’université Orsay - Paris XI, l’étude géochimique a été couplée à une datation des laves par méthode K-Ar.

Les laves martiniquaises forment des droites et hyperboles de mélanges entre pôles appauvris mantelliques et pôle enrichis crustaux. Il apparaît que deux mélanges distincts sont visibles, un premier mélange est formé par les laves « anciennes » (entre 25 et 7 Ma) et un deuxième mélange est formé par les laves « récentes » (entre 5 Ma et l’actuel). Les pôles mantelliques et les pôles crustaux impliqués dans les sources des magmas ne sont pas les mêmes avant et après 6 Ma. Ce changement de source est probablement lié au passage de la ride asismique qui a décalé la moitié nord de l’arc des Petites Antilles. L’origine de la signature crustale des laves martiniquaises est testée en comparant un modèle de mélange à la source entre des sédiments de la plaque plongeante et le coin mantellique et un modèle d’assimilation de la croûte de l’arc par les magmas mantelliques ascendants. Le modèle d’assimilation intra-crustale ne peut pas reproduire les tendances décrites par les laves alors que le modèle de mélange à la source le fait parfaitement. La comparaison entre les pôles crustaux impliqués dans les mélanges et les sédiments entrants dans la subduction indique qu’il n’y a pas de fractionnement entre le Pb, le Sr, le Nd et l’Hf ce qui implique que les sédiments sont probablement ajoutés à la source par fusion partielle et non par déshydratation.

Le rapport La/Yb des laves martiniquaises apparait comme un proxy de la proportion de sédiments dans la source des magmas et non du taux de fusion partielle ou de la nature de la phase alumineuse du manteau bien que la fusion, de l’ordre de 10%, ait lieu dans la zone de stabilité du grenat. Le gradient géographique du rapport La/Yb au sein de l’île traduit donc un gradient géographique de la proportion de sédiments, et montre que la proportion de sédiments dans la source augmente avec l’éloignement à la fosse.

Abstract

Martinique Island has recorded the most complete history of the Lesser Antilles arc, from 25 Ma to present. The chemical and isotopic heterogeneity of the lavas is very large compared to other islands from the same arc and compared to other intra-oceanic arcs. The aim of this study is to explain the chemical and isotopic variability of Martinique lavas and to constrain the processes that took place during the genesis of volcanic products. We did a detailed geochemical study (major elements, minor elements and Pb, Sr, Nd and Hf isotopic ratios) of samples collected all over Martinique Island. Our geochemical study was coupled to precise dating of the same lavas by the K-Ar method through a collaboration with Aurélie Germa and Xavier Quidelleur from the University of Orsay-Paris XI.

Martinique lavas define mixing trends between depleted and enriched end-members. Two significantly different trends can be distinguished, one defined by “old” lavas (between 25 and 7 Ma) and one defined by “recent” lavas (between 5 Ma and present). Both depleted and enriched end-members involved in the source of magmas differ before and after 6 Ma. The change of source most probably occurred when the subduction of an aseismic ridge shifted to the West the northern part of the arc. We evaluate the origin of the crustal signature of Martinique lavas through (a) a mixing model between slab sediments and mantle wedge and (b) a crustal assimilation model in which mantle-derived magmas are contaminated by the arc crust. The crustal-contamination model does not reproduce the trends defined by the Martinique lavas whereas the mixing model succeeds. A comparison between crustal end-members as constrained by the mixing trends, and local subducted sediments indicates that there is no decoupling between Pb, Sr, Nd and Hf implying that sediments are added to the mantle wedge through fusion and not dehydration.

The La/Yb ratio is a proxy of the proportion of sediments involved in the genesis of the lavas. It is not governed by the melting degree or the nature of the residual aluminous phase in the mantle, even though lavas are generated by approximately 10% partial melting of a garnet-bearing mantle source. We show that La/Yb defines a spatial gradient in the island, suggesting a geographical gradient of the proportion of sediments.