Dissertations / Theses on the topic 'Ophiolite d'Oman'

Ce travail presente les resultats d'analyses petrologiques realisees sur les peridotites de deux massifs ophiolitiques de l'ophiolite d'oman, les massifs de maqsad et de wuqbah. Le massif de maqsad est une zone dans laquelle un diapir mantellique a ete reconnu (nicolas et al. , 1988 ; ceuleneer et al. , 1988). Dans ce diapir, les structures du flux asthenospherique materialise par les foliations et les lineations passent d'une position verticale depuis le cur, jusqu'a une attitude horizontale en allant vers la peripherie. D'un point de vue chimique, les harzburgites sont toutes residuelles (olivines riches en mg et spinelles riches en cr), alors que les dunites (en bouffees et massives) apparaissent dans leur ensemble moins residuelles que les harzburgites. Certaines dunites montrent de forts enrichissements en ti dans le spinelle et en fe dans l'olivine, notamment. Certaines caracteristiques chimiques (teneurs en mg de l'olivine et en cr du spinelle) suggerent que la plupart des dunites se sont formees a partir de harzburgites par fusion incongruente des orthopyroxenes due au passage de liquides sous-satures en silice ou de fluides hydrates. Le massif de wuqbah est un massif dans lequel une structure avec des foliations et des lineations verticales proche de celle du diapir de masqad a ete cartographiee. Cette structure delimite une zone elliptique allongee dans la direction n110. Les foliations forment un coin, devenant de moins en moins pentees en s'eloignant de l'axe de cette structure perpendiculairement a sa direction. La configuration de cette zone illustre la remontee d'un coin d'asthenosphere se propageant vers l'ouest-nord-ouest, hypothese compatible avec l'existence d'un propagateur deja suggeree par mcleod et rothery (1992) apres l'etude des relations entre le complexe filonien et les gabbros sous-jacents. La chimie des roches de ce massif (harzburgites et dunites) est globalement residuelle avec cependant quelques cas ou l'on observe des enrichissements en ti du spinelle et en fe de l'olivine, mais de facon moins importante et plus localisee qu'a maqsad

L'origine de la zone de transition dunitique (DTZ) à l'interface manteau-croûte est mal connue, ainsi que les processus physico-chimiques impliqués dans sa genèse. Pour aborder cette question, ce travail a porté sur l'étude pétrologique, géochimique et structurale de 20 coupes (600 échantillons) levées dans la DTZ du massif de Sumail (ophiolite d'Oman), épaisse de plus de 400 mètres à l'aplomb d'un paléo-diapir mantellique. Au-delà des données in situ sur minéraux (microsonde, LA-ICP-MS) et des compositions en éléments majeurs des roches totales, le développement d'une procédure analytique a permis l'acquisition des compositions en éléments en traces des dunites dont les teneurs sont de l'ordre du ng.g-1. La DTZ est faite de dunites pures (olivine et chromite) et de dunites imprégnées, contenant une quantité variable de minéraux interstitiels ayant cristallisé à partir d'un magma percolant. Ces faciès renferment des minéraux d'une variété insoupçonnée incluant, en plus de ceux clairement issus d'un MORB (clinopyroxène et plagioclase), de l'orthopyroxène, amphibole, grenat, et des diopsides témoignant d'un processus d'hybridation entre le MORB et des fluides hydratés. Les forts rapports Mg# et teneurs en TiO2 des orthopyroxènes et amphiboles ainsi que la composition des clinopyroxènes, intermédiaire entre clinopyroxènes magmatiques et diopsides hydrothermaux, a permis de contraindre la composition du magma hybride qui résulterait du mélange entre un magma d'affinité tholéiitique et un fluide supercritique riche en silice, voire trondhjémitique issu de la fusion incongruente hydratée des orthopyroxènes mantelliques, similaire au produit de fusion hydratée des roches environnantes (péridotites serpentinisées, troctolites, gabbros). Ces minéraux sont observés en position interstitielle et en inclusion dans les chromites, témoignant de leur origine précoce et du fait que les magmas hybrides ont participé à la formation de la DTZ. La combinaison des interprétations des données in situ et des données roches totales a permis la déconvolution du message polyphasé enregistré par les dunites : la signature du protolithe, celles de la dunitisation et du rééquilibrage de la matrice d'olivine avec un MORB percolant (métasomatisme cryptique), la signature de refertilisation par la cristallisation des minéraux interstitiels (métasomatisme modal), ainsi que les effets de la serpentinisation. Il apparaît que les dunites pures, caractérisées par un spectres de terres rares en forme de U ou de V, semblent avoir acquis cette signature très précocement, probablement lors de la phase initiale de leur genèse sous l'effet de rééquilibrages avec des liquides très riches en éléments incompatibles (REE, Th, U, HFSE) et pouvant correspondre au magma hybride. L'étude structurale de la DTZ dans le massif de Sumail a montré l'influence de la tectonique synmagmatique sur la structuration de la DTZ, se traduisant par l'alternance d'horizons imprégnés ou non ainsi que par l'évolution verticale sur plusieurs dizaines de mètres des compositions chimiques à l'approche des zones de failles. On l'observe notamment pour les teneurs en éléments immobiles dans les fluides tels que le Ti, les REE ou le Th. La DTZ semble s'être développée dans un environnement transtensif dont les deux systèmes de failles principaux N130 et N165-180 ont accommodé la percolation des magmas et fluides responsables de la dunitisation ainsi que l'introduction des fluides hydrothermaux pouvant conditionner les échanges globaux avec les enveloppes externes.La comparaison avec les DTZ d'autres massifs en Oman ou à Trinity (Californie), ayant évolué dans un contexte magmatique différent, montre également l'importance des failles synmagmatiques dans la structuration de la DTZ. Les liquides qui ont percolé dans ces DTZ apparaissent systématiquement sous-saturés en Al et saturés en H2O, amenant à interpréter le caractère hydraté comme une condition critique pour la genèse des dunites
The origin of the dunitic transition zone (DTZ) between the mantle and the crust is still largely unknown, as well as the physical and chemical processes involved in its genesis. To address this topic, this thesis focused on the petrological, geochemical and structural study of 20 cross-sections (600 samples) collected along the DTZ from the Sumail massif, Oman ophiolite, 400 meters thick and located above a former paleo-mantle diapir. In addition to mineral compositions acquired using in situ methods (microprobe, LA-ICP-MS) and to whole rock major elements, the development of an analytical procedure permitted to determine trace element contents in dunites that display low concentrations (regularly about one ng.g-1). The DTZ is made of pure dunites (olivine and minor chromites), and of impregnated ones, containing a variable amount of interstitial minerals that crystallized from a percolating melt. These latter rocks contain an unexpected mineralogical variety with, in addition to clinopyroxene and plagioclase showing a MORB affinity, the presence of orthopyroxene, amphibole, garnet and diopsides that highlights a hybridization process between the MORB and hydrated fluids. The high Mg# ratio and TiO2 content in orthopyroxene and amphibole together with the clinopyroxene composition, intermediate between igneous clinopyroxene and pure hydrothermal diopside, allow deciphering the nature of the parent melt as the result of the mixing between tholeiitic melt and a supercritical water enriched in silica, or trondhjemitic fluid issued from the hydrated incongruent melting of mantle orthopyroxene, similar to melts produced by the hydrated melting of country rocks (serpentinized peridotites, troctolites, gabbros). All these minerals are observed both in interstitial position and as inclusions in chromite, showing that they crystallized early and that hybrid melts participated to the genesis of the DTZ. The comparison between mineral and whole rock compositions permitted to highlight the different processes that led to the observed chemical signatures of dunites: the protolithe signature, the dunitization process, chemical reequilibration between the olivine matrix and the percolating MORB, refertilization following the crystallization of interstitial minerals, as well as the effects of later serpentinization. Pure dunites, characterized by U or V-shaped REE patterns, seem to have acquired early the LREE-enriched signature that probably results from the reequilibration with silica- and incompatible trace elements-rich fluids (REE, Th, U, HFSE) generated through the harzburgite orthopyroxenes incongruent melting and probably reflecting the hybrid melt that crystallized interstitial hydrous minerals. The structural study of the DTZ in Sumail highlights the effect of synmagmatic faults on the DTZ development, resulting in the alternation between pure and impregnated horizons as well as in the vertical chemical structuration with compositions evolving on few tens of meters until fault zones. This is particularly true for chemical species expected as immobile during weathering as Ti, REE or Th. The DTZ seems to have been developed in a transtensional environment structured by two main faults systems, oriented N130 and N165-180. These faults spatially constrained both the melt flow, thus the dunitization, and the introduction of hydrothermal fluids probably oceanic in origin. This meeting zone between igneous and hydrothermal fluids can strongly influence the chemical exchanges and distribution between the deep lithosphere and the surface. The comparison between the Sumail DTZ and other ones from Oman or Trinity (California) ophiolites, which evolved in a different magmatic setting, shows the systematic role of synmagmatic faults. Melts that percolated these other DTZ were under-saturated in Al and saturated in water, allowing to interpret the hydrated component as an essential condition for dunites genesis at the mantle-crust transition

L'ophiolite d'Oman permet d'observer les roches mantelliques inaccessibles aux dorsales. Avec cinq diapirs à l'axe (dont Maqsad) et un diapir hors-axe (Mansah), elle permet d'étudier les processus magmatiques en jeu dans les diapirs au niveau de la Zone de Transition au Moho, qui est différente entre les deux types de diapirs avec hors-axe des pyroxénites dans la dunite à la place de gabbros lités à l'axe. Le diapir de Mansah est entouré d'intrusions gabbroïques dans le manteau et la croûte. Les roches hors-axe ont des valeurs d'εNd plus faibles que celles à l'axe qui ont des compositions similaires aux MORB, suggérant une source des liquides plus riche en veines de pyroxénite hors-axe. Les εNd montrent aussi que les pyroxénites et les intrusions gabbroïques sont une suite magmatique. L'abondance de clinopyroxenes hors-axe provient de la réaction entre des liquides provenant de la fusion de veines de pyroxénites avec la harzburgite appauvrie de la lithosphère, ce qui donne à ces clinopyroxènes des compositions appauvries en éléments traces. La présence d'eau provenant de la lithosphère hydratée favorise la cristallisation de ces clinopyroxènes à la place du plagioclase qui doit normalement apparaître à cette profondeur dans la MTZ, ce qui est le cas à l'axe. Le diapir hors-axe pourrait fournir une analogie aux seamounts que l'on trouve actuellement à proximité des dorsales rapides et faire la lumière sur les interactions entre la lithosphère appauvrie et le matériel ascendant hors-axe, ainsi que sur les structures internes de ces seamounts. Ce travail offre des évidences probantes pour l'existence de veines de pyroxénites dans le manteau asthénosphérique sous les dorsales
The Oman ophiolite offers the possibility to study mantle rocks which are inaccessible at mid-ocean ridges. The presence of five on-axis diapirs and an off-axis diapir allows comparison of magmatic processes occurring in these different settings. The Moho Transition Zone is dominated by dunite in both cases, but off-axis includes massive pyroxenites instead of layered gabbro. The off-axis diapir is surrounded by gabbroic intrusions in the crust and mantle, which are not found elsewhere in the ophiolite. While the on-axis samples have εNd values similar to those of MORB, all of the off-axis rocks have less radiogenic Nd suggesting a larger contribution from melting of pyroxenite veins in the off-axis source. The abundance of clinopyroxene in the off-axis MTZ results from the reaction between the pyroxenite-derived melts and the depleted harzburgite of the lithosphere, which explains the highly depleted incompatible trace element compositions of the clinopyroxenes. The presence of water from the hydrated lithosphere favors the crystallization of clinopyroxene instead of plagioclase, which should normally appear at this depth in the MTZ, as is the case on-axis. The gabbroic intrusions in the mantle and crust surrounding the off-axis diapir crystallized from the residual magma produced by the interaction between the pyroxenite-derived melts and the harzburgite. The off-axis diapir could be viewed as an analog to seamounts currently found near fast-spreading ridges, and could provide information on their internal structure. More generally, this study provides compelling evidence for the existence of pyroxenite veins in the asthenospheric mantle beneath mid-ocean ridges

Les processus affectant le coin mantellique situé au-dessus d’une zone de subduction (déformation et interaction avec les fluides/liquides magmatiques libérés par la plaque inférieure) ont des implications importantes sur la dynamique de la subduction et le budget géochimique global de la Terre.Afin de mieux contraindre ces processus, ma thèse a porté sur l’étude de l’unité rubanée de l’ophiolite du Semail. Cette unité de 200-500m d’épaisseur s’est (dé)formée, juste au-dessus de l’interface interplaque, pendant l’initiation de la subduction ou du chevauchement intra-océanique (qui a mené, à terme, à l’obduction de l’ophiolite). Elle est en effet située au-dessus de la semelle métamorphique HT (amphibolites à granulites ; 750-850°C et 0.9-1.1GPa) interprétée comme des écailles de la plaque inférieure métamorphisées et sous-plaquées à la plaque supérieure (actuelle ophiolite) lors des premiers stades de la convergence.Après une caractérisation structurale de terrain de cette unité rubanée et la collecte de plus de200 échantillons tout le long de l’ophiolite, j’ai mené une analyse intégrée (Microscopie optique, MEB, microsonde, EBSD, (LA-)ICPMS) sur une sélection d’entre-eux, afin de caractériser l’évolution P-T, pétrologique, géochimique et structurale des péridotites de l’unité rubanée pendant cet épisode de déformation.Les résultats montrent que cette déformation a mené à la formation de zones de cisaillement (proto)mylonitiques (~850-750°C) puis ultramylonitiques (~750-650°C) et que cette déformation BT s’est faite en décompression (d’~3kbar, i.e. 10km). Les résultats pétrologiques indiquent que des fluides silicatés hydratés ont percolé à travers (et intéragi avec) ces péridotites pendant cette déformation. Ces processus d’interaction ont mené à (1) la précipitation de minéraux métasomatiques (Ol+Opx+Cpx+Spl+Amp±Sulf), et (2) l’enrichissement des phases en éléments mobiles dans les fluides (surtout B, Li et Cs :concentrations de 1 à 40 fois celles du manteau primitif).L’analyse des isotopes du bore (δ11B des péridotites métasomatisées jusqu’à +25‰) démontre que ces fluides ont une signature de subduction et qu’ils sont vraisemblablement issus de la déshydratation de la semelle HT lors de sa formation à 750-850°C.En combinant ces résultats avec une analyse microstructurale, j’ai ensuite étudié les mécanismes et les rétroactions entre la circulation de ces fluides, la déformation des péridotites et la localisation de cette déformation. A l’échelle macroscopique, on observe une focalisation des fluides dans les zones de cisaillement actives, associée à une localisation progressive de la déformation.Nous avons aussi exploré les conséquences rhéologiques de l’hydratation de ce manteau sur le régime, couplé ou découplé, de l’interface. Les lois rhéologiques indiquent que l’affaiblissement des (proto)mylonites de l’unité rubanée, par hydratation, peut expliquer le couplage de l’interface de subduction à 850-750°C et, ainsi, l’accrétion de la semelle HT. Nous interprétons les zones de cisaillement ultramylonitiques ultérieures (~750-650°C) comme étant liées au stade d’exhumation simultanée de l’unité rubanée et de la semelle HT d’environ 10km au-dessus de l’interface, jusqu’à leur position actuelle sous l’ophiolite.Les résultats de cette étude suggèrent donc que l’interface semelle HT/unité rubanée représente une interface de subduction fossilisée et le manteau (proto)mylonitique sus-jacent, un coin mantellique qui s’est (dé)formé et a intéragi avec des fluides de subduction pendant l’initiation de la subduction. L’unité rubanée de l’ophiolite du Semail représente donc un des rares objets géologiques permettant d’étudier les processus à l’oeuvre dans un coin mantellique, et d’en traquer, avant sa fossilisation, les transformations mécaniques et chimiques sur ~1 million d’années
The processes affecting the mantle wedge atop a subduction zone (deformation and interaction with fluids/melts released by the downgoing plate) play a major role on subduction zones dynamics and the global geochemical budget of the Earth.To better constrain these processes, my Ph.D. research project has focused on studying the basal banded unit of the Semail ophiolite. This 200-500m thick peridotitic basal unit was (de)formed, directly above the interplate interface, during the intra-oceanic subduction (or underthrusting) initiation (that ultimately led to the ophiolite obduction). The banded unit indeed overlies the HT metamorphic sole (amphibolites to granulites ; 750-850°C and 0.9-1.1GPa) interpreted as slices of the downgoing plate underplated to the upper plate (the ophiolite) during early subduction (or subduction "infancy").After a field-based structural characterization of this banded unit and more than 200 samples collected all along the strike of the ophiolite, I carried out an integrated analysis (Optical microscopy, SEM, microprobe, EBSD, (LA-)ICPMS) on selected samples, in order to constrain the P-T, petrological, geochemical and structural evolution of the banded unit peridotites during this deformation event.Our results show that this deformation led to the formation of (proto)mylonitic (at ~850-750°C) then ultramylonitic (at ~750-650°C) shear zones and that this deformation was associated with peridotites decompression (of ~3kbar, i.e. 10km). Petrological results suggest that hydrated silicate fluids have percolated through (and interacted with) these peridotites during their deformation. These interaction processes triggered (1) the precipitation of metasomatic minerals (Ol+Opx+Cpx+Spl+Amp±Sulf), and (2) the enrichment of phases in fluid mobile elements (parti- cularly B, Li and Cs;concentrations from 1 to 40 times higher than those of the primitive mantle).The analysis of boron isotopes (δ11B of metasomatized peridotites up to +25‰) demonstrated that these fluids had a "subduction signature" and that they presumably derived from HT sole dehydration while forming at 850-750°C.By combining these results with microstructural analyses, I then studied the mechanisms and feedbacks between the circulation of these fluids, peridotites ductile deformation and strain localization. At the macroscopic scale, we observe a focusing of fluids in actively deforming peridotites associated to progressive strain localization during peridotites cooling.We also investigated the rheological consequences of banded unit peridotites hydration on the regime (coupled or decoupled) of the interface. Rheological laws indicate that the hydration-related weakening of banded unit (proto)mylonites is able to explain the coupling of the subduction inter- face at 850-750°C and, thereby, HT sole slicing and accretion. We interpret the later development of the ultramylonitic shear zones (at ~750-650°C) as being associated to the subsequent exhumation stage, i.e. the coeval exhumation of the banded unit and the HT metamorphic sole over around10km along the interface, up to their present-day position under the ophiolite.The results of this work suggest that the HT sole/banded unit contact represents a fossilized subduction interface and the overlying (proto)mylonitic mantle, a frozen-in mantle wedge that was (de)formed and interacted with subduction fluids during subduction infancy. The Semail ophiolite banded unit therefore provides a rare glimpse of processes affecting a mantle wedge, and enables tracking its mechanical and geochemical transformations over 1My (prior to its fossilization).The processes highlighted in this Ph.D. research project thus bring new constraints on the (petrological-geochemical-rheological) consequences of mantle wedge peridotites interaction with subduction fluids

Un diapir asthenospherique fige a l'axe d'une dorsale oceanique affleure dans la zone de maqsad au sud de l'ophiolite d'oman. Cette zone offre donc la possibilite de percer l'anatomie de la croute oceanique a l'aplomb d'une zone d'accretion. Au voisinage du paleo-moho, les gabbros lites sont envahis par des corps ultrabasiques (wehrlites-troctolites et dunites). Certains de ces corps s'enracinent au niveau du moho et remontent jusqu'au sommet de la croute, ou vient s'enraciner directement le complexe filonien nw-se. Des intrusions pegmatitiques affleurent a la limite de la zone de divergence du flux asthenospherique. Ces pegmatites forment une suite differenciee: pyroxenites, gabbros-gabbros norites, diorites et plagiogranites. Les plagiogranites profonds ont des plagioclases tres calciques (an% 90-95) temoignant d'une genese par la fusion partielle de l'encaissant. Les filons se sont reveles de bons marqueurs spatiaux et temporels de l'evolution du magma extrait de la fusion partielle du diapir. Ces filons ont permis egalement de suivre le prolongement du diapir sous la croute. Ce resultat est conforte par une structure en dome dans les cumulats lites. L'existence d'une transition entre une croute inferieure plastique et superieure fragile a ete revelee par l'etude des structures d'ecoulement visqueux et de deformation plastique dans les gabbros lites, coherente avec la repartition verticale des filons. Ces nouvelles donnees confortent un scenario de montee d'un diapir asthenospherique, et d'ouverture progressive du centre d'expansion de maqsad. Une conclusion integrant ces arguments aux donnees geophysiques marines permet de confirmer et d'expliquer la grande variete de facies lithologiques, recemment reconnus dans la croute oceanique dans les dorsales actuelles

L'ophiolite d'Oman permet d'étudier un morceau de lithosphère océanique formé à une dorsale rapide et échoué sur le continent. La structure générale permet de reconnaître la présence de plusieurs diapirs dont certains alimentaient la dorsale d'origine, partiellement obductée avec l'ophiolite. Le diapir de Maqsad est l'exemple type d'un diapir à l'axe. Les linéations verticales couvrent 100 km2 et tournent à l'horizontale au sein d'une zone de transition riche en magma, épaisse de 500 m, juste sous le Moho. Un flux forcé et radial est issu du diapir. Un calcul prédit que ce flux divergent devient passif à 10 km du diapir, comme le suggèrent nos données de terrain. Le diapir de Nakhl a des caractères similaires, tandis que le diapir de Mansah, éloigné de l'axe de la paleodorsale, est bordé par des zones de cisaillement et des injections de diabase qui attestent qu'il poinçonnait une lithosphère refroidie. Dans une seconde partie, les traces de magma dans les péridotites sont étudiées par analyse d'image sur des lames minces. On montre que les poches de liquide ont un allongement préférentiellement parallèle à la linéation et proportionnel à la force de la fabrique cristallographique de l'olivine. Ces données sont utilisées pour calculer les propriétés sismiques des échantillons. Nos résultats suggèrent que la quantité de liquide au Moho de la dorsale Est Pacifique peut être sous estimée à cause de l'anisotropie des roches. Enfin, une modélisation sismique d'un diapir, à partir de nos données structurales et des vitesses sismiques calculées permet de comparer les données d'Oman et de l'EPR.

L'ophiolite d'Oman permet d'étudier un morceau de lithosphère océanique formé à une dorsale rapide et échoué sur le continent. La structure générale permet de reconnaître la présence de plusieurs diapirs dont certains alimentaient la dorsale d'origine, partiellement obductée avec l'ophiolite. Le diapir de Maqsad est l'exemple type d'un diapir à l'axe. Les linéations verticales couvrent 100 km2 et tournent à l'horizontale au sein d'une zone de transition riche en magma, épaisse de 500 m, juste sous le Moho. Un flux forcé et radial est issu du diapir. Un calcul prédit que ce flux divergent devient passif à 10 km du diapir, comme le suggèrent nos données de terrain. Le diapir de Nakhl a des caractères similaires, tandis que le diapir de Mansah, éloigné de l'axe de la paleodorsale, est bordé par des zones de cisaillement et des injections de diabase qui attestent qu'il poinçonnait une lithosphère refroidie. Dans une seconde partie, les traces de magma dans les péridotites sont étudiées par analyse d'image sur des lames minces. On montre que les poches de liquide ont un allongement préférentiellement parallèle à la linéation et proportionnel à la force de la fabrique cristallographique de l'olivine. Ces données sont utilisées pour calculer les propriétés sismiques des échantillons. Nos résultats suggèrent que la quantité de liquide au Moho de la dorsale Est Pacifique peut être sous estimée à cause de l'anisotropie des roches. Enfin, une modélisation sismique d'un diapir, à partir de nos données structurales et des vitesses sismiques calculées permet de comparer les données d'Oman et de l'EPR.

Les roches mafiques à ultramafiques permettent de tracer les processus de formation et d'évolution des surfaces planétaires. Pour caractériser ces surfaces, la spectroscopie de réflectance visible-proche infrarouge est une technique adaptée de part sa sensibilité aux absorptions du fer présent dans les minéraux. L'objectif de cette thèse est de déterminer la composition modale des roches, ainsi que la composition chimique des minéraux constitutifs.
Nous avons développé une procédure basée sur la mise en oeuvre du Modèle Gaussien Modifié (MGM) qui permet de modéliser les spectres pour des assemblages minéralogiques complexes (olivine - orthopyroxène - clinopyroxène). Après validation de cette approche sur des données simples (poudres), la méthode a été appliquée à des roches naturelles complexes (météorites martiennes et roches d'Oman). Fort de l'expertise acquise dans cette étape intermédiaire, des cartographies minéralogiques ont alors pu être réalisées à partir de données spatiales et aéroportées, respectivement pour le volcan Syrtis Major sur Mars et le massif ophiolitique de Sumail (Oman). Nous avons ainsi montré que les laves de l'édifice volcanique présentent un enrichissement en olivine (Fo50-80) et que les pyroxènes, suivant les conditions de mise en place, peuvent avoir des compositions allant des augites aux enstatites. Pour l'ophiolite d'Oman, nous avons mis en évidence et cartographié pour la première fois des variations spatiales organisées de composition modale au sein même de l'unité harzburgitique. Nous avons également caractérisé des variations de composition dans les clinopyroxènes de la zone crustale ayant des implications pétrogénétiques.
Ces apports sont essentiels dans la caractérisation et la compréhension des processus pétrologiques inhérents à la formation des surfaces planétaires et devraient stimuler l'utilisation de l'imagerie spectroscopique à des fins géologiques.

Les 93 échantillons selectionnés pour cette étude dans 3 massifs de l'ophiolite d'Oman sont représentatifs d'une zone d‘environ 5000km2 d'une paléodorsale rapide. En rapport avec la segmentation, l'échantillonnage comprend à la fois la lithosphère du nouveau segment (0 à 4km sous le moho), ses limites (zones de cisaillement) et la jeune lithosphère (1 à 2Ma) dans laquelle il s'ouvre, entre 0 et 12 km sous le moho.
*L'ensemble du manteau exploré est composé de péridotites très réfractaires, comparables à celles des autres ophiolites et aux péridotites abyssales. Néanmoins, il montre un enrichissement en éléments très incompatibles, impliquant une percolation réactive par des fluides, et une refertilisation partielle en clinopyroxène, comme le montre la présence de harzburgites riches en cette phase minérale.
*Le nouveau segment possède des caractéristiques chimiques supplémentaires, tel le rapport Cr# élevé (>50) des spinelles, qui n'apparaît pas spécifique des dunites ou d'un environnement géodynamique particulier, et la composition différente des pyroxènes, qui implique des températures de blocage plus élevées en relation avec un processus de percolation magmatique.
*La zone de transition à l'axe du nouveau segment s'identifie par l'importance des réactions liquide/roche qui concernent l'ensemble des lithologies : harzburgites, dunites et dunites imprégnées.
*Les limites du nouveau segment (zones de cisaillement) et la base de la nappe sont caractérisées par des textures porphyroclastiques BT (<1000°C) et des enrichissements en clinopyroxènes. Ceux-ci sont interprétés comme une cristallisation partielle de magmas associée à un front de percolation aux limites manteau convectif/manteau conductif.
*L'ensemble des faciès montre une contamination par l'eau de mer, impliquant des rapports du 87Sr et du 207Pb radiogéniques, largement acquise avant la serpentinisation (T>500°C).

Cette étude met l'accent sur l'importance de la segmentation dans le contrôle des processus magmatiques et hydrothermaux aux dorsales rapides, notion qui permettra de progresser dans la compréhension de ces processus.

L'ophiolite d'Oman est un fragment de la lithosphère océanique téthysienne obducté sur la marge arabe au crétacé supérieur. Elle occupe un domaine de la chaîne alpine où la convergence entre l'Arabie et l'Eurasie n'a pas encore atteint le stade de la collision continentale. Affleurant de façon, presque continue sur une longueur de 475 Kilomètres parallèlement à l'axe de la paléo- dorsale, c'est le plus grand segment de lithosphère océanique accessible à l'étude directe. La section mantellaire constitue 60% de la surface d'affleurement de l'ophiolite (30.000 Kilomètres carrées). Cette thèse est consacrée à la cartographie des structures internes de cette unité. Les structures crustales permettant d'établir une référentielle paléo-tectonique (paléo-horizontale, azimut et flanc de la paléo-dorsale) furent également relevées. Divers arguments pétrologiques et structuraux permettent d'apparenter l'ophiolite d'Oman aux dorsales rapides actuelles. Les péridotites mantellaires, de composition harzburgitique à dunitique, gardent l'empreinte de deux déformations plastiques successives, la première associée à la formation de la lithosphère (flux asthénosphérique), la seconde au charriage intra-océanique qui préluda à son obduction. La géométrie de l'écoulement asthénosphérique et la composition de la section mantellaire présentent de fortes variations longitudinales. La formation de la lithosphère océanique, au droit des dorsales rapides, implique l'ascension de diapirs asthénosphériques espacés de quelques dizaines à plus de cent Kilomètres les uns des autres. Siège d'une activité magmatique exceptionnelle, ces diapirs semblent également jouer le rôle de centres d'alimentation privilégiés de la chambre magmatique sus-jacente. Un de ces diapirs, figé et échantillonné lors du charriage à la dorsale, a pu être cartographié en détail (région de Maqsad) : le lux asthénosphérique, vertical dans un conduit de 10 à 20 Kilomètres de diamètre, se brise sous le plancher de la chambre magmatique dans une zone de transition épaisse seulement de quelques centaines de mètres et est ensuite canalisé parallèlement à l'axe de la dorsale sur une distance d'au moins 30 Kilomètres depuis le centre du conduit. Cette géométrie implique une modification brutale de la rhéologie mantellaire dans la zone de transition attribuée à une augmentation catastrophique du rapport magma/roche. Un modèle physique de circulation, asthénosphérique a été construit en introduisant une discontinuité de viscosité de plusieurs ordres de grandeur au sommet du diapir. Une telle condition permet, en effet, de canaliser un pourcentage important du flux dans un étroit créneau superficiel. La pression dans le diapir est discontinue sur une épaisseur d'une centaine de mètres sous l'interface pour pouvoir vaincre la surpression due au fluage plastique et continuer son ascension vers la surface. Loin des diapirs, le flux mantellaire peut être régulier à l'échelle de la centaine de kilomètres ; il est alors sub-parallèle au Moho et perpendiculaire à l'axe de la dorsale, évoquant l'accrétion de la lithosphère en régime d'expansion stationnaire. L'angle d'une dizaine de degrés entre le Moho et le plan de fluage reflète probablement la pente moyenne des isothermes au niveau de la zone d'accrétion (flanc de la dorsale). La déformation associée au charriage intra-océanique (CIO) affecte les périodiques sur une épaisseur de quelques centaines de mètres au-dessus du plan de charriage basal, lui-même situé à une profondeur maximale de neuf kilomètres sous le paléo-Moho. Elle peut affecter également des niveaux plus élevés de la section mantellaire et la section crustale sous forme de bandes de cisaillement mylonitiques verticales pouvant atteindre 2 kilomètres d'épaisseur. Ces cisaillements sont contemporains de l'intrusion de magmas hydratés au sein de la section mantellaire, peut-être à mettre en relation avec le volcanisme différencié (" volcanisme 2 ") coiffant l'Ophiolite. Le CIO s'accompagne localement de la fusion de la semelle. Lors de l'initiation du CIO, la lithosphère présentait un fort gradient thermique vertical. D'un point de vue cinématique, la déformation enregistrée par la semelle, les péridotites basales et les bandes de cisaillement sont en concordance parfaite. Le CIO s'accompagne de déplacements considérables de la lithosphère charriante parallèlement à l'axe de la dorsale (de l'ordre de la centaine de kilomètres). L'initiation du CIO à la dorsale elle-même rend le mieux compte de ces observations. Le charriage à la dorsale implique l'inversion rapide (1 à 2 millions d'années) du régime d'expansion en régime compressif. On l'explique par un blocage momentané de la subduction de la Téthys sous l'Eurasie causée par des collisions entre des microcontinents, des arcs insulaires et la marge active eurasienne survenues à cette époque (Albien supérieur). De manière générale, les événements enregistrés par l'Ophiolite d'Oman s'intègrent bien dans l'évolution cinématique et géologique du domaine téthysien.

Une vingtaine de lits sulfures de puissance centimetrique a decimetrique, affleurent dans une zone d'environ 300 metres d'epaisseur, au sein des cumulats lites de la chambre magmatique d'haymiliyah (massif de haylayn). Cette zone riche en sulfures marque le passage entre un regime d'alimentation permanente marque par la cristallisation de gabbros lites a gros grain et la fermeture progressive de la chambre magmatique, caracterisee par le fractionnement d'une puissante unite de gabbros norites lamines. L'ensemble des resultats concorde pour demontrer que les sulfures sont clairement d'origine magmatique et que leur fractionnement est la consequence directe de la fermeture de la chambre

La séquence plutonique du massif de Fizh (partie nord de l'ophiolite d'Oman) offre une complexité crustale, liée à une diversité des corps magmatiques et du système filonien. La cartographie détaillée montre une succession d'événements magmatiques dont les séries principales sont formées de gabbros lités, des wehrlites et pyroxénites, des gabbronorites. Le magmatisme gabbroïque est généré dans une grande chambre magmatique axiale, alors que le magmatisme wehrlitique est dit hors-axe ; ceci est conditionné par la segmentation axiale de la paléodorsale. L'asymétrie ainsi observée dans la séquence crustale est marquée par la distribution et l'abondance des corps ultrabasiques. Les variations longitudinales dans les séquences stratigraphiques montrent des discontinuités au sein de la paléodorsale dans ce massif. Les granitoïdes sous forme de filons ou de stocks, attestent une succession d'événements magmatiques et les modalités de l'accrétion. En effet, les plagiogranites sont liés à la cristallisation fractionnée des gabbros, au cours de l'épisode d'accrétion normale. Les granodiorites et les diorites quartziques sont rattachées spatialement aux ultrabasites et formées par cristallisation fractionnée pendant la phase d'écaillage intra-océanique. Les granites et les leucogranites sont tardifs et à cachet collisionnel. Ils sont issus de la fusion partielle de la semelle métamorphique et liés à l'épisode obductif chaud. Les gisements de chromite sont variés et sont localisés dans le manteau et à la limite manteau-croûte. Les concentrations de chromite dans les ultrabasites sont importantes et présentent un effet sur le comportement des éléments du groupe du platine. Les sulfures magmatiques (pentlandite et chalcopyrite) précipitent dans les wehrlites et les pyroxénites en même temps que le plagioclase. Le comportement des PGE dans les chromitites montre qu'elles sont moins différenciées que celles des autres massifs ophiolitiques. Les PPGE et particulièrement le Pd précipitent dans les ultrabasites en même temps que les sulfures d'origine magmatique

L'ophiolite d'Oman est un fragment de dorsale océanique téthysienne obducté sur la marge continentale arabe. Sa section mantellaire contient de nombreux filons basiques assimilés à un réseau de drainage magmatique mantellique fossile ayant alimenté la croûte. L'étude pétrographique et microsonde d'un millier de filons conduit à définir une quarantaine de types lithologiques différents montrant une grande variété de conditions pétrogénétiques dans le manteau. Ces lithologies appartiennent à deux séries de différenciation dont les caractères pétrographiques et géochimique sont bien distincts. La première s'apparente à une série tholéiitique de type N-MORBs et affleure dans quelques régions limitées dont une bande parallèle à l'axe de la paléo-dorsale centrée sur la zone diapirique de Maqsad. L'alimentation de la croûte (majoritairement de type "N-MORB") s'est probablement focalisé au niveau de ces quelques zones. La chimie de ces cumulats couvre largement le domaine des MORBs, illustrant la faiblesse du mélange dans un réseau de drainage magmatique au sein du manteau et la précocité de la cristallisation dans l'histoire des magmas. Les caractères pétrographiques montrent que ces magmas ont circulé dans un environnement "asthénosphérique" relativement chaud. La seconde série s'apparente à un magma parent plus siliceux et déprimé de type andésitique. Elle affleure sur la plus large part de la section mantellaire et est quasi absente dans les zones "tholéiitiques". Les modes d'affleurement et les caractères pétrographiques de ces filons impliquent un contraste de température liquide-encaissant qui pourrait provoquer une cristallisation rapide du magma. Ce qui entraînerait une difficulté d'extraction à l'origine de leur rareté dans la section crustale omanaise. Certains caractères chimiques de ces roches et l'existence de lithologies métamorphiques magnésiennes sont compatibles avec la refusion d'un manteau déprimé hydraté lors d'un précédent épisode d'hydrothermalisme.

Dans des conditions naturelles d'exposition, les roches présentent divers types d'altération modifiant leur composition initiale. En climat tempéré, elles se dégradent pour former une altérite. En milieu désertique, une patine d'altération se développe. Ces deux phénomènes masquent la composition de la roche-mère et induisent une détermination erronée des faciès lors de leur cartographie par télédétection. Pour le Muscadet Nantais et l'ophiolite d'Oman, l'étude des altérations passe par la comparaison des spectres V-IR des surfaces fraîches et altérées. Pour retirer les effets de rugosité de surfaces propres à chaque échelle d'observation (laboratoire, terrain, aéroportée), une nouvelle normalisation des spectres est proposée. L'étude minéralogique des sols de la région nantaise, par spectrométrie et DRX, a permis de définir des limites de détectabilité des roches de la Nappe de Champtoceaux et des faciès de gabbro du Pallet. Ces résultats ont été testés sur une simulation de campagne aéroportée. La cartographie du Massif du Sumail (Oman) est réalisée grâce à l'étude des spectres des différents faciès et validée par des études pétrologiques et MEB. Les séquences mantellaires et crustales de l'ophiolite sont dissociées sur l'image HyMap. Le calcul des mélanges synthétiques à partir des spectres de terrains a permis de quantifier la couverture de chaque lithologie. La combinaison de ces cartes aboutit à une nouvelle carte géologique. Dans la séquence crustale, elle révèle la présence d'un nouveau bloc présentant une abondance anormale en orthopyroxene.

Ce travail de thèse est basé sur des observations de terrain, sur une étude pétrographique et géochimique des roches formées à la base du complexe filonien dans l'ophiolite d'Oman et au niveau du Site IODP 1256, ainsi que sur une étude expérimentale. De nouvelles contraintes sont apportées sur les processus se produisant à la transition magma / système hydrothermal dans la croute océanique formée au niveau des dorsales à expansion rapide. L'intrusion de gabbros isotropes dans la base du complexe filonien a provoqué son réchauffement et sa recrystallization en « dikes granoblastiques » jusqu'à des températures de 1030°C. Des xénolites de microgabbro à orthopyroxene dérivées des dikes granoblastiques sont souvent observées dans le niveau de gabbros isotropes épais de 100 mètres environ qui est présent à la base du complexe filonien. Ces différentes caractéristiques sont à relier à des migrations verticales vers le haut du sommet de la lentille magmatique supérieure qui est observée aux dorsales rapides. Les nombreuses évidences d'assimilation (xénolites et patchs granoblastiques) dans le niveau des gabbros isotropes appuient l'hypothèse que ce niveau représente la fossilisation de la lentille magmatique supérieure. L'étude expérimentale a consisté à tester l'effet de la fusion partielle du complexe filonien préalablement hydrothermalisé. Les résultats montrent que la fusion commence à 850°C, confirment l'origine résiduelle des dikes granoblastiques et des xénolites associées, et attestent de l'origine anatectique des plagiogranites océaniques qui sont couramment observés à proximité de la base du complexe filonien. La composition en éléments majeurs et traces du liquide anatectique a été déterminée. Ce liquide représente le principal contaminant pour les MORBs primitifs émis au niveau des dorsales rapides. La lentille magmatique supérieure présente au niveau des dorsales médio-océaniques à expansion rapide est ici décrite comme un système dynamique qui peut migrer verticalement, et qui est fossilisée lorsqu'elle se déplace hors axe
This PhD work is based on field, petrographic, and geochemical observations of rocks originated at the base of the sheeted dike complex, in the Oman ophiolite and IODP Site 1256, coupled with an experimental study. It provides new constrains on processes that occur at the magma / hydrothermal system transition in oceanic crust formed at fast spreading ridges. The base of the sheeted dike complex is truncated by intrusive isotropic gabbros, and therefore reheated and recrystallized to the "granoblastic dikes" under temperatures up to 1030°C. Xenoliths of orthopyroxene-bearing micrograbbros derived from the granoblastic dikes are commonly observed in the about 100 meters thick horizon of isotropic gabbro that underlies the sheeted dike complex. These features are related to upward migrations of the top of the upper axial melt lens that is present at fast spreading centers. The occurrence of several assimilation features (xenoliths and granoblastic patches) in the isotropic gabbro horizon supports the hypothesis that this horizon represents the fossilization of the upper melt lens. The experimental study was designed to test the effect of partial melting of hydrothermally altered sheeted dike material. The results show that melting starts at 850°C, confirm the residual origin of granoblastic dikes and xenoliths, and attest to the anatectic origin of the oceanic plagiogranites that are commonly present close to the base of the sheeted dike complex. The major and trace element composition of the anatectic melt that represents the main contaminant for primitive MORBs at fast spreading ridges has been determined. The upper axial melt lens at fast spreading mid-ocean ridges is herein described as a dynamic system that can migrate vertically, and which fossilizes when moving off-axis

Ce travail repose sur (1) une étude de terrain des cumulats lités de l'ophiolite d'Oman, notamment dans plusieurs massifs où cette unité restait largement inexplorée, (2) une étude pétrographique et géochimique (microsonde électronique et LA-ICP-MS) d'environ 700 échantillons et (3) une simulation en laboratoire de la cristallisation de magmas boninitiques en présence d'eau. La cinquantaine de faciès pétrographiques définie, gabbroïques et ultrabasiques, est indispensable pour décrire rigoureusement la croûte profonde omanaise. Cette variété lithologique est révélatrice de la très grande variabilité des paramètres intensifs (P, T°, PH2O ...) et extensifs (composition) lors de la cristallisation des magmas au sein des chambres magmatiques à l'aplomb d'un centre d'expansion océanique. L'orthopyroxène précoce dans les cumulats primitifs (XMg > 80 %) est beaucoup plus commun que ce qui était proposé jusqu'à présent, ce qui remet en cause certaines idées reçues concernant l'origine de l'ophiolite. Je démontre que cette variété lithologique, l'abondance d'orthopyroxène, et d'autres caractéristiques pétrographiques et géochimiques des cumulats d'Oman s'expliquent par le mélange, dans des proportions variables, de deux principaux magmas : un d'affinité tholéiitique issu de la fusion d'une source asthénosphérique " N-MORB ", et un d'affinité andésitique à boninitique issu de la fusion hydratée d'une source lithosphérique déprimée. Ces deux magmas ont circulé dans des chenaux mantelliques (" filons ") avant d'alimenter les chambres. Le rôle de " mélangeur " des chambres magmatiques est ainsi confirmé. La contribution relative de ces deux magmas évolue au cours de l'ascension de diapirs asthénosphériques dans la lithosphère. Des variations abruptes de la pression partielle d'eau sont également indispensables pour rendre compte de l'ensemble de mes observations. Je montre aussi que les failles syn-accrétions, dont l'importance en Oman restait largement sousévaluée, sont un vecteur principal de la pénétration de fluides hydrothermaux jusque dans la croûte profonde en cours de cristallisation. Mon étude me permet également de mieux contraindre l'origine, encore très discutée, des intrusions " wehrlitiques " et de la zone de transition dunitique.

Ce travail de thèse est basé sur des observations de terrain, sur une étude pétrographique et géochimique des roches formées à la base du complexe filonien dans l'ophiolite d'Oman et au niveau du Site IODP 1256, ainsi que sur une étude expérimentale. De nouvelles contraintes sont apportées sur les processus se produisant à la transition magma / système hydrothermal dans la croute océanique formée au niveau des dorsales à expansion rapide. L'intrusion de gabbros isotropes dans la base du complexe filonien a provoqué son réchauffement et sa recrystallization en « dikes granoblastiques » jusqu'à des températures de 1030°C. Des xénolites de microgabbro à orthopyroxene dérivées des dikes granoblastiques sont souvent observées dans le niveau de gabbros isotropes épais de 100 mètres environ qui est présent à la base du complexe filonien. Ces différentes caractéristiques sont à relier à des migrations verticales vers le haut du sommet de la lentille magmatique supérieure qui est observée aux dorsales rapides. Les nombreuses évidences d'assimilation (xénolites et patchs granoblastiques) dans le niveau des gabbros isotropes appuient l'hypothèse que ce niveau représente la fossilisation de la lentille magmatique supérieure. L'étude expérimentale a consisté à tester l'effet de la fusion partielle du complexe filonien préalablement hydrothermalisé. Les résultats montrent que la fusion commence à 850°C, confirment l'origine résiduelle des dikes granoblastiques et des xénolites associées, et attestent de l'origine anatectique des plagiogranites océaniques qui sont couramment observés à proximité de la base du complexe filonien. La composition en éléments majeurs et traces du liquide anatectique a été déterminée. Ce liquide représente le principal contaminant pour les MORBs primitifs émis au niveau des dorsales rapides. La lentille magmatique supérieure présente au niveau des dorsales médio-océaniques à expansion rapide est ici décrite comme un système dynamique qui peut migrer verticalement, et qui est fossilisée lorsqu'elle se déplace hors axe.

Pour vérifier l'existence de la segmentation mantellique suggérée par la chimie des basaltes des rides océaniques actuelles, nous avons échantillonné le manteau de l'ophiolite d'Oman sur une distance de 400km parallèlement au paléoaxe. Ainsi avons nous prélevé 280 harzburgites dans lesquelles nous avons analysé les phases primaires et la roche totale (éléments majeurs et traces). A de rares exceptions, les péridotites étudiées sont toutes très réfractaires et montrent une grande variabilité chimique à l'échelle de l'ophiolite, bien organisée parallèlement à l'axe da la paléodorsale. L'étude de ces variations a permis de montrer l'existence de 3 grands segments (longueur de 100-160km) interprétés comme des dômes asthénosphériques, eux-mêmes divisés en petits segments pouvant correspondre à des diapirs mantelliques plus superficiels. Cela laisse penser que l'ophiolite d'Oman s'est formée dans un contexte instable, dynamique et rapide, ressemblant aux bassins arrière-arc actuels
To test that variations in basalts composition at present oceanic ridges reflect segmentation of the underlying mantle, we sampled the mantle section of the Oman ophiolite over a distance of 400km parallel to the inferred paleo-ridge. Data concern 280 harzburgites in which we have analysed primary phases and the whole rock chemistry including major and trace elements. Except for a few samples that bear some impregnation evidence, the studied peridotites are all strongly residual rocks that have recorded a great variability in their chemical characters at the ophiolitic scale, well-organised when analysed along the paleo-axis. This allows to define 3 large segments 100-160km long, that likely correspond to large asthenospheric upwellings, divided in smaller segments that can represent small superficial mantle diapirs. This likely indicates that the Oman ridge, segmented at a small scale, was operating in an unstable, dynamical and fast evolving context, as present-day back-arc domains

Le but de l'étude est d'établir les conséquences structurales et métamorphiques du charriage d'une nappe océanique d'Oman, sur une marge continentale. La mise en place des ophiolites du semail (oman) est liée à la fermeture de l'océan téthysien à la fin du crétacé. On etudie les conditions p-t et la datation et on discute des modèles possibles d'évolution tectonique de la marge durant l'obduction.

Les etudes structurales anterieures dans l'ophiolite d'oman ont mis en evidence une chambre magmatique permanente et continue le long de l'axe des dorsales oceaniques rapides (nicolas et al. , 1996). Les campagnes sismiques realisees sur la dorsale est-pacifique ont permis de deceler une lentille liquide surplombee d'une zone a faible vitesse sismique (lvz) (wilcock et al. , 1995). L'objectif de ce travail est d'effectuer un inventaire detaille des microstructures et petrofabriques des gabbros d'oman, de contraindre la fraction de magma presente dans la lvz et de preciser le mode de circulation du liquide dans la chambre magmatique. La fraction liquide dans la lvz (10-20%) est repartie dans le plan de foliation et sa forme peut etre representee par un ellipsoide dont les parametres sont : x=4, y=4, z=1 (x = lineation, xy = plan de foliation). La modelisation sismique incluant les resultats precedents permet d'expliquer le gradient de vitesse des ondes sismiques obtenue dans la lvz : il est du a l'orientation de la foliation et donc a l'orientation de la phase liquide qui varie entre le haut et le bas de la chambre magmatique (lamoureux et al. , sous presse). Le mode de circulation du magma depuis le manteau jusqu'a la lentille perchee se deduit des caracteristiques structurales des anorthosites (roche monominerale) au sein des gabbros. Ainsi, la circulation se fait probablement par fracturation hydraulique mais la circulation par percolation n'est pas a exclure. En effet, du fait de l'orientation des structures, le magma primitif peut migrer en zigzag du bas vers le haut de la chambre et le magma residuel issu de la compaction peut migrer horizontalement en base de chambre.

L'ophiolite d'Oman montre une séquence complète qui permet de bien comprendre les modalités de l'accrétion, la dynamique des magmas et l'évolution tectonique et magmatique au niveau de la palèodorsale téthysienne. L'étude faite à partir d'une étude détaillée des lithofaciès a consisté a compléter les travaux antérieurs du massif de Fizh (partie septentrionale de l'ophiolite d'Oman)