Étude critique des contraintes d'âges sur le métamorphisme dans les zones de convergence : de l'enfouissement à l'exhumation
La soutenance aura lieu le vendredi 10 février 2023 à 14h, à l'amphi M de l'ESIR (Campus de Beaulieu, bâtiment 42). La présentation sera faite en anglais et sera diffusée sur Zoom pour les personnes à distance, accessible avec le lien suivant :
https://univ-rennes1-fr.zoom.us/j/98198403639
ID de réunion : 981 9840 3639
Code secret : 246097
Le jury sera composé de :
Rapporteurs avant soutenance
Stéphanie DUCHENE (professeur, Université Toulouse III - Paul Sabatier)
Loïc LABROUSSE (professeur, Sorbonne Université)
Examinateurs
Valérie BOSSE (maître de conférences, Université Clermont-Auvergne)
Jarosław MAJKA (professeur, Uppsala Universitet, Suède)
Directeurs de thèse
Pavel PITRA (maître de conférences, Université de Rennes)
Marc POUJOL (maître de conférences, Université de Rennes)
Philippe YAMATO (professeur, Université de Rennes)
Résumé de la thèse :
Dans les anciens orogènes, déterminer avec précision l’évolution pression–température–temps (P–T–t) des roches métamorphiques est important pour estimer la vitesse des processus ayant mené à la formation de la chaîne de montagnes. Cependant, l’interprétation des âges obtenus pour ces roches, spécifiquement les âges sur zircon, font débat. En effet, le comportement de ce minéral, pourtant le plus fréquemment daté, est assez peu compris, et relier sa cristallisation à une portion du chemin P–T est une tâche délicate. L’étude de deux séries d’échantillons collectés dans la Région des Gneiss de l’Ouest (Norvège) permet d’apporter de nouveaux éléments quant aux contraintes d’âges sur le métamorphisme de haute pression.
Le zircon montre des résultats sensiblement différents entre les affleurements : pour l’un, un seul âge concordant a été obtenu, tandis que pour le second affleurement, les analyses sur zircon révèlent de nombreuses dates, couvrant environ 40 Ma. Les éléments de diagnostics classiques (partage des REE entre grenat et zircon, thermométrie sur éléments traces) ne permettent pas de relier ces âges à des portions bien définies du chemin P–T estimé pour les roches étudiées. Les âges sur zircon ne font sens et ne peuvent être intégrés à l’évolution P–T–t que grâce à la comparaison avec les âges sur grenat et rutile, suggérant que le zircon semble plus prompt à (re)cristalliser après le pic métamorphique, datant la décompression post-UHP et le refroidissement. Cette étude présente aussi une nouvelle évidence naturelle du découplage entre le lutécium et l’hafnium dans le grenat, vieillissant artificiellement la date Lu–Hf de plusieurs dizaines de millions d’années et causée par la rééquilibration du grenat lors d’un réchauffement associé à la décompression post-métamorphisme de faciès éclogite.
Enfin, d’un point de vue de la géologie régionale, les différences pétrologiques (la zonation absente ou présente dans le grenat, la forme du chemin P–T) et géochronologiques observées entre les échantillons de deux affleurements pourraient suggérer une structure de la zone d’étude plus complexe que celle admise actuellement. L’étude pétrologique d’une des deux éclogites fraîches suggère une compression isotherme de 15 à 29 kbar, à 600 °C. Cette évolution prograde inhabituelle nécessite de questionner l’interprétation habituellement faite de la pression comme indicateur de profondeur et donc des mécanismes responsables du métamorphisme d’ultra-haute pression dans les zones de convergence.
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Thesis abstract:
In past orogens, the precise determination of the pressure–temperature–time (P–T–t) evolution of metamorphic rocks is essential to constrain the tectonic history of the studied area. However, the interpretation of the ages obtained for these rocks, specifically zircon ages, is debatable. The behaviour of this mineral during high pressure metamorphism, although it is the most frequently dated, is indeed poorly understood and associating zircon ages with specific portions of the P–T evolution may be arduous. The investigation of two series of rock samples from the Nordfjord-Stadlandet area (Western Gneiss Region, Norway) brings insightful data about the age constraints on high-pressure metamorphism.
Zircon shows contrasting results between the two studied sample series: a unique concordant date has been obtained for the eclogites from the first outcrop, while zircon dates cover a ~40 Myr range in the eclogites from the second outcrop. In both cases, neither the rare-earth element partitioning between zircon and garnet nor the trace-element thermometry can be used to ascribe zircon dates to specific portions of the inferred P–T paths. Rather, zircon dates make sense and can be incorporated into the inferred P–T evolution only by comparing them with garnet and rutile dates. Zircon seems to mostly (re)crystallize after the peak metamorphic conditions and to date the subsequent cooling and decompression. This study also brings a new natural evidence for decoupling between lutecium and hafnium in garnet, producing an artificially old Lu–Hf date, caused by garnet re-equilibration during decompression and post-peak heating.
Finally, the data allow to discuss the P–T–t evolution of the studied area. The petrological (zoned vs unzoned garnets, shape of the P–T paths) and geochronological differences between the samples from the studied outcrops might imply a more complex structure of the study area than
currently recognised. Moreover, the isothermal compression of an eclogite from ~15 to 29 kbar at 600 °C, inferred from the petrological investigation, compels to question the interpretation of pressure, either only dependent on depth or partially resulting from tectonic stresses, as well as the mechanisms causing eclogite-facies metamorphism in convergence zones.