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T2. CHANTIERS: systèmes orogéniques, magmatiques, etc..

Nos cibles d'étude sont variés et mis en relation entre elles afin de comprendre les mécanismes de mise en place et d'évolution de la croute et de la lithosphère, par le magmatisme, le métamorphisme, la déformation des systèmes orogéniques et des dorsales océaniques. Nous avons donc des cibles anciennes Paléoprotérozoiques, Varisques, et actuelles, voir ci-dessous.

1. Cibles Paléoprotérozoiques

1.1 Afrique de l'Ouest

Field work in Africa (J. Ganne)

Le Craton Ouest Africain (WAC) enregistre une longue histoire tectonique depuis ~3 Ga, et fait l'objet de nombreuses recherches exploratoires en terme de ressources minérales.

  • Le GET a une longue expérience de terrain en Afrique de l'Ouest, cf .précédents quinquennaux et autres équipes du GET ( T1, T4), et qui s'enrichit des méthodes de travail du réseau  IRD  J. Ganne et D. Chardon ( Equipe T4, LOA) visent à fédérer ces recherches à l'échelle régionale, mettant en avant les relations entre la géodynamique paléoprotorézoique et les processus d'alteration plus récents.
  • L. Baratoux et D. Baratoux sont actuellement en mission d'expatriation à Dakar,  et animent la Newsletter "IRD et Géosciences en Afrique de l'Ouest" 
  • Une partie des membres de TIL est également  impliquée dans le programme  Waxi 3, partenariat entre académie (IRD, Universités) et compagnies minières et entre enseignants-chercheurs du Nord et du Sud, portant sur l’étude des ceintures Paléoprotérozoïques d’Afrique de l’Ouest et la mise en contexte de la formation de gisements de ressources minérales.

Chaine Verte et période Eburnéene

 

GanneGerbault_diapirs
  • Parmis nos méthodes pour comprendre les modes d'exhumation de la croûte orogénique Eburnéene (~2 Ga), distribuée sur une vaste superficie du craton Ouest Africain (WAC), nous avons combiné des méthodes de modélisation thermo-dynamique et de modélisation thermo-mécanique pour quantifier les conditions de développement d'instabilités gravitaires dans les croûtes chaudes orogéniques. L'enfouissement au coeur d'une orogène met en contact des roches felsiques et mafiques d'origines profondes et superficielle, s'associant à un apport de chaleur (radiogénique interne ou intrusions basales). Cela génère de la fusion partielle et la ségrégation de matériel peu dense capable de remonter vers la surface par diapirisme, en quelques dizaines de millions d'années (Ganne, Gerbault et al., Precamb. Res. 2014).   Nous pensons que ce processus de diapirisme à l'échelle d'un vaste domaine orogénique pourrait s'appliquer à d'autres terrains géologiques,  comme la chaîne Varisque en France (les Maures, Gerbault et al., 2016), ou encore le domaine post-orogénique Egeen plus récent (Vanderhaeghe et al., 2011).

 Ceintures Néoprotérozoiques d’Afrique du Nord au Maroc, d’Afrique Centrale au Cameroun

  •  cf.  Sous-thème T2.2 Systèmes magmatiques dans les arcs de subduction.
  • (thèses Nomo Negue E. 2012-2015 ; et Saha Fouotsa A.N. 2013-2016) et au Tchad (postdoctorat Isseini M.), et de l’Arabie (thèse Roques D. 2012-2015).
  • A titre d'exemple J. Berger oriente ses études essentiellement sur des unités métamorphiques de haute pression dans les orogènes (Varisque, Pan-Africain) et sur des arcs océaniques actifs (Izu-Bonin) ou accrétés (Amalaoulaou au Mali, Iriri-Amslil dans l’Anti-Atlas marocain et Kohistan en Himalaya). Ses objectifs sont focalisés sur la reconstitution du régime thermique des subductions pré-orogéniques via des approches de pétrologie métamorphique et sur l’évaluation des transferts d’éléments au niveau du slab lors du métamorphisme de haute pression. Le volet magmatisme se concentre sur les transferts magmatiques entre le manteau et la croûte inférieure sous les arcs et leurs effets thermiques et physiques sur la stabilité des racines d’arcs (métamorphisme de haute température, déshydratation, changements de lithologie, de propriétés sismiques et de densité). Au travers d’approche intégrées tectonique-métamorphisme-magmatisme, il s’intéresse à la durée de vie des zones des subductions pré-orogéniques, à la durée et au mode d’accrétion des arcs océaniques. Il mène également d’autres activités sur le magmatisme intraplaque cénozoïque du Maghreb et du massif central et sur le métamorphisme haute température archéen du craton ouest africain. Ces études ont pour objectif commun de caractériser l’évolution structurale et métamorphique de segments crustaux à différentes périodes de l’histoire de la Terre et de quantifier l’accrétion juvénile et la remobilisation crustale avec notamment des implications en termes de concentrations d’éléments d’intérêt économique.

   

1.2 Rogaland, Norvège

             

( S. Duchêne & Laurent Antonin) : BEHAVIOUR OF URANIUM-THORIUM MINERALS IN THE ULTRA-HIGH TEMPERATURE GRANULITES OF ROGALAND, NORWAY.

Rogaland

Monazite dating of sapphirine-bearing rocks of Rogaland (Norway). Linking mineralogy of metamorphic rocks, monazite chemistry and isotopic data allows to discuss the meaning of U-Pb ages in terms of metamorphic history.

In continents, two of the main radioelements, uranium and thorium, are concentrated in a few accessory minerals, e.g.monazite, zircon, and uraninite. The mineralogical behaviour of these phases through geological processes raise important issues in geosciences including the heat budget of the continental crust, the geochemical cycle and mobility of heavy metals, the measurement of time in geology (geochronology), and not least the evaluation of strategic mineral resources.

In details, zircon and monazite have favorable properties for U-Th-Pb radiochronology as they are rich in U and Th (the parent isotopes) and poor in Pb (daughter isotopes). Wise interpretation of geochronological data (what do the ages record) is the core of our discipline, and hinges on establishing links between transformations in zircon and monazite down to atomic scales, and transformations in the host-rock observed in the field.

We join our forces to address specific aspects of the mineralogy and geochronology of U-Th rich accessory minerals in rocks that underwent uncommonly hot and dry metamorphism and now superbly exposed in Rogaland (Norway). The granulites in Rogaland are world famous rocks in that they formed at unusually dry and hot (>1000°C) conditions in the so-called "ultra-high temperature domain". They are known to contain zircon and monazite crystals. Monazite exhibits complex internal textures and hosts a variety of inclusions. We study the transformations that led to these textures and attempt to integrate this evolution with the evolution of pressure-temperature conditions, fluid activity, irradiation, and petrology of rock-forming minerals in their host rocks. The geochronological data generated in the course of this project serve to solve a geological conundrum. In a few words, it has been accepted that the ultra-high temperature metamorphism is caused by intrusion of a magmatic body. However, recent chronological data indicate that ultra-high temperature conditions have been established some 80 millions of years prior to the magmatic event. These new data challenge the role of magmatism as the heat source. The sequence of events, magmatism first or metamorphism first, remains to be confirmed and the relationships between both processes have profound implications on what controls the heat budget in so-called "hot" or "ultra-hot" orogens.

2 Cibles Phanérozoiques

2.1 les Pyrénées

Une activité importante de TIL est l'étude des Pyrénées à travers le projet RGF du BRGM. Dans ce cadre, deux thèses ont été lancées sur le socle Varisque des Pyrénées:

-La thèse de Bryan Cochelin (2013-2016, avec Equipe T4) a pour objectif d'implémenter le champ de déformation Varisque de la zone axiale des Pyrénées afin de contraindre la dynamique tridimensionnelle du fluage de la croûte profonde au niveau de l'articulation de l'arc ibéro-armoricain.

- La thèse de Baptiste Lemirre (2014-2018) porte sur la caractérisation des relations entre déformation, magmatisme, et métamorphisme ainsi que sur la compréhension de la signification de l’évolution thermique et mécanique de la croûte Varisque dans une région pour laquelle il n’y a pas de traces d'épaississement précoce ni d'indices d'une paléo-zone de subduction. La transition entre le cycle Varisque et le cycle Alpin sera abordée par le biais de la caractérisation de la structure et de la thermicité du domaine pyrénéen lors des phases pré-orogéniques d’hyper extension et d’exhumation du manteau et des conséquences de cet héritage sur l’inversion et la construction du prisme orogénique dans les Pyrénées.

2.2 Europe et Méditerranée

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L’évolution des ceintures orogéniques alpines en Europe et au voisinage Méditerranéen est étudiée de différentes manières par les membres de TIL.

Citons par exemple l'évolution thermomécanique de la ceinture orogénique alpine et son impact sur la circulation de fluides, abordée dans les Alpes occidentales et dans le domaine égéen (thèse Scheffer C. en collaboration avec GeoRessources à Nancy et O. Vanderhaeghe).

2.3 les Andes

- Dans le cadre du LMI COPEDIM réunissant des partenaires universitaires et privés au Nord et au Sud, une partie de l’équipe travaille sur les Andes, en collaboration également avec les équipes T1 et T4 du GET. Les chantiers évoluent au Chili, au Pérou et en Equateur, impliquant également des compagnies pétrolières (Total, PDVSA, PeruPetro, PetroAmazonas). La finalité de ces études est de caractériser l’édification de cet orogène d’échelle hémisphérique et la distribution spatio-temporelle de l’exhumation, afin de proposer une meilleure exploitation des ressources géologiques.

- Une collaboration ECOS-Sud est en cours avec l'Université de Concepcion, étudiant le comportement magmato-tectonique de la partie sud de l'avant-arc chilien (cf. M. Gerbault).

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