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

Soutenance de thèse d’Anissa Benmammar

Thèse en cotutelle entre l’Université des Sciences d’ Alger et l’Université Paul Sabatier.

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Résumé: 

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 fraîches 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 exhumés 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 chaîne 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.