Compositional diversity and thermal evolution of the Paleoarchean felsic crust: geochemical constraints from zircons, apatites and rutiles of supracrustal rocks from the Barberton Greenstone Belt, eastern Kaapvaal Craton

Soutenance de thèse de Jean-Baptiste Combaz, doctorant en co-tutelle entre l’Université de Stellenbosch (Afrique du Sud) et l’Université de Toulouse. La soutenance aura lieu à l’Université de Stellenbosch en Afrique du Sud.

Le jury sera composé de :
Annika DZIGGEL, rapportrice, Ruhr Universität Bochum (Allemagne)
David CHEW, rapporteur, Trinity College Dublin (Irlande)
Martin GUITREAU, rapporteur, Université Clermont Auvergne
Stéphanie DUCHENE, examinatrice, Université de Toulouse
Cristiano LANA, examinateur, Stellenbosch University (Afrique du Sud)
Gary STEVENS, co-directeur de thèse, Stellenbosch University (Afrique du Sud)
Oscar LAURENT, co-directeur de thèse, CNRS-Université de Toulouse
Jean-François MOYEN, invité, Université de Saint-Étienne 

Résumé de la thèse :
Historiquement, la question de la formation de la croûte siliceuse à l’Archéen et de son évolution thermique ont été l’objet d’études centrées sur les roches de type tonalite-trondhjémite-granodiorite (TTGs). Ces granitoïdes riches en Na représentent jusqu’à 80% de l’enregistrement géologique archéen d’âge supérieur à 3.0 Ga et leur pétrogenèse a souvent nourri des discussions sur l’existence de processus tectoniques actualistes et/ou non-actualistes dans la Terre primitive. Cependant, un certain nombre d’indices récents semblent suggérer que le caractère dominant des TTG dans la croûte archéenne préservée ne reflèterai pas la diversité des lithologies initialement présentes il y a plus de 3.0 Ga et ce, en raison de biais de préservation.

Afin de tracer l’existence de composants manquants de la croûte et mieux comprendre les mécanismes de sa formation et de son évolution, la présente étude s’est penchée sur les minéraux accessoires, zircon, apatite et rutile déposés dans des séries volcano-sédimentaires d’âge ca. 3.55 à 3.2 Ga des terrains granitiques-et-roches vertes de Barberton (BGGT) en Afrique du Sud. Les zircons détritiques présentent des âges Pb-Pb comparables mais des caractéristiques en éléments traces et, pour une grande proportion d’entre eux, un signal isotopique en Hf différents des zircons magmatiques cristallisées dans les TTGs de Barberton. En effet, près de 40% des zircons détritiques déposés dans le groupe de Moodies (âge de dépôt de ca. 3.21 Ga) montrent une composition isotopique en Hf ressemblant à celle observée dans les zircons de clastes granitiques/rhyolitiques déposés dans le conglomérat basal de Moodies, celui-ci échantillonnant une croûte supérieure siliceuse riche en K qui n’est pas représentée dans le socle granito-gneissique parvenu jusqu’à nous. De plus, les apatites des TTG ayant cristallisé lors des trois principaux évènements magmatiques de la BGGT (ca. 3.55, 3.45 et 3.2 Ga) présentent des compositions chimiques différentes de celles des apatites détritiques d’âges supérieur à 3.25 Ga et 3.43 Ga (des groupes de Fig Tree et Onverwacht respectivement), ce qui laisse suggérer que ces dernières ont cristallisé dans un magma chimiquement différent des TTG présents à l’affleurement mais pouvant ressembler aux granites archéens tardifs connus sous le nom de sanukitoïdes. Enfin, la préservation d’âges Pb-Pb autour de ca. 3.47 Ga dans des rutiles métamorphiques cristallisés dans des schistes siliceux passés dans le facies amphibolites (conditions P-T de 8 kbar-660°C) à ca. 3.23 Ga, nécessite un chauffage suivi d’un refroidissement rapide du sud de la BGGT à des vitesses comprises entre 20 et 50°C/Ma. Ces vitesses de refroidissement sont communément observées lors des étapes finales de l’exhumation des métamorphic core complexes d’âge Phanérozoïque. 

Prises ensemble, les éléments rassemblés à partir de l’inventaire des minéraux accessoires supra-crustaux de Barberton laissent suggérer que 1) de la même façon que les autres terrains Archéens, la ceinture de Barberton est sujette à un biais de préservation conséquent ; 2) les modèles décrivant la transition chimique des TTG aux granitoïdes archéens tardifs plus diversifiés (et riches en K) entre 3.0 et 2.5 Ga ne tiennent pas compte de ces biais de préservation de la croûte paléoarchéenne puisque des traces de ces granitoïdes diversifiées subsistent dans les zircons et apatites détritiques d’âges supérieur à 3.43 Ga ; 3) la ceinture granito-gneissique-roches vertes de Barberton représente un block tectonique froid et rigide stabilisé par un manteau lithosphérique précoce et ayant pu subir des taux d’enfouissement et d’exhumation tectoniques proches de ceux observés  dans les contextes orogéniques récents. Les données récoltées dans cette étude soulignent l’importance des minéraux accessoires détritiques dans la reconstruction de l’histoire des premiers continents de la Terre.