Différenciation de la lithosphère orogénique par des processus métamorphiques-magmatiques : le cas de la ceinture varisque occidentale

Soutenance de thèse de Calimeria Carmo

Membres du jury:
Othmar Müntener, rapporteur, Université de Lausanne
Patrizia Fiannacca, Rapporteure, Université de Catane
Chris Yakymchuk, Rapporteur, Université de Waterloo
Emilie Bruand, Examinatrice, CNRS, Geo-Ocean Brest
Stephanie Duchene, Examinatrice, Université Paul Sabatier
Michel de Saint Blanquat, Examinateur, CNRS, GET
Andrea Galli, invité, ETH Zürich

Directeurs de thèse:
Olivier Vanderhaeghe (Université Paul Sabatier)
Oscar Laurent (CNRS, GET)

Résumé :
Cette thèse explore les processus qui génèrent des plutons granitiques dans la croûte continentale, en se concentrant sur les systèmes magmatiques transcrustaux. Les granites représentent une composante importante de la croûte continentale supérieure, et la compréhension de leur formation est cruciale pour comprendre la différenciation crustale. Plus précisément, deux modèles de membres finaux sont invoqués pour expliquer les roches magmatiques qui forment la croûte continentale : la cristallisation fractionnée d’une fusion partielle du manteau ou la fusion de lithologies crustales. Cependant, les deux processus opèrent généralement ensemble, de sorte qu’une fraction substantielle des magmas siliciques continentaux sont effectivement hybrides dans leur composition, mais les contributions respectives des membres finaux de la croûte et du manteau restent difficiles à déterminer.

Ce travail intègre des observations de terrain et pétrographiques, la géochimie élémentaire-isotopique minérale LA-IPC-MS en vrac et in situ, en mettant l’accent sur le zircon et l’apatite en tant qu’enregistreurs des processus magmatiques opérant dans la croûte inférieure. Deux zones clés sont étudiées en détail : la zone d’Ivrea-Verbano (IVZ) et le Massif central français (FMC), qui appartiennent tous deux au même cycle orogénique mais présentent des mécanismes de formation de granite contrastés. Dans le FMC, la fusion partielle de la croûte a été un processus dominant dans la formation des plutons de la croûte supérieure, tandis que dans la ZIV, l’interaction entre les magmas dérivés du manteau et les apports crustaux a conduit au développement de granites hybrides.

Des analyses de terrain et géochimiques dans la croûte inférieure de la ZIV identifient une zone d’hybridation « gelée », révélant deux étapes clés de l’évolution magmatique enregistrées par le zircon et l’apatite. Les minéraux accessoires donnent un aperçu de l’évolution de la composition de ces magmas, reliant les cumulats de la croûte inférieure aux plutons granitiques hybrides de la croûte supérieure. En outre, les résultats concernant le zircon et l’apatite indiquent collectivement que le système de la croûte inférieure a mûri sur une période de 15 à 30 millions d’années, ce qui est nettement plus long que les modèles proposés précédemment. En étendant le champ d’investigation à l’échelle lithosphérique, les compositions isotopiques des membres potentiels suggèrent que 35 à 60 % de l’assimilation crustale a contribué à la formation de produits hybrides, des cumulats mafiques/intermédiaires aux granites.

En comparant ces résultats avec ceux du FMC, où les contributions intracrustales à la formation des granites sont significativement plus importantes, ce travail fournit des perspectives potentielles qui peuvent guider les recherches futures sur le rôle des processus géodynamiques dans les systèmes magmatiques dominés par la croûte ou par les dérivés du manteau. Dans l’ensemble, cette thèse met en évidence l’importance des processus crustaux inférieurs dans la génération des magmas granitiques et remet en question les modèles traditionnels qui considèrent la formation des granites comme des produits purement crustaux ou dérivés du manteau (différencié). Des processus similaires peuvent opérer dans d’autres régions orogéniques, suggérant que les processus d’hybridation et de différenciation dans la croûte inférieure jouent un rôle critique dans la formation de la composition de la croûte continentale.