Soutenance de thèse - Louise MERIT

Soutenance de thèse de Louise MÉRIT

Mécanismes de déformation et rééquilibrations métamorphiques à l'interface des plaques en subduction : étude intégrée du complexe ophiolitique basal de Terre-Neuve

Titre anglais :	Deformation mechanisms and metamorphic reequilibrations at subduction plate interfaces: an integrated study of the basal ophiolitic complex of Newfoundland
Ecole Doctorale :	Géosciences, Ressources Naturelles et Environnement
Spécialité :	Géologie
Etablissement :	Sorbonne Université SIS (Sciences, Ingénierie, Santé)
Unité de recherche :	UMR 7193 - Institut des Sciences de la Terre de Paris
Direction de thèse :	Philippe AGARD- Loïc LABROUSSE
Co-encadrement de thèse :	Benoit DUBACQ - Cécile PRIGENT

Cette soutenance a lieu aujourd hui mardi 16 décembre 2025 à 14h00
Adresse de la soutenance : Sorbonne Université, 4, Place Jussieu, 75005, Pairs Amphithéâtre Astier, bâtiment Esclangon - salle Amphithéâtre Astier

devant le jury composé de :

Philippe AGARD	Professeur	Sorbonne Université SIS (Sciences, Ingénierie, Santé)	Directeur de thèse
Muriel ANDREANI	Professeur	ENS et Université de Lyon 1	Rapporteur
Loïc LABROUSSE	Professeur	Sorbonne Université	CoDirecteur de thèse
Cécile PRIGENT	Maîtresse de recherche	IPGP	Co-encadrant de thèse
Pierre LANARI	Professeur	Université de Lausanne	Examinateur
Benoît ILDEFONSE	Professeur	Université de Montpellier	Rapporteur
Mary-Alix KACZMAREK	Maîtresse de conférences	Université Paul Sabatier Toulouse III	Examinateur
Manuel PUBELLIER	Professeur	ENS Paris	Examinateur

Résumé de la thèse en français :

Les zones de subduction actuelles sont le siège d’une déformation lithosphérique intense, fortement localisée jusqu’à 70-80 km de profondeur, où interagissent étroitement déformation, circulation de fluides et réactions métamorphiques. Vers 80-100 km de profondeur, un changement de comportement mécanique est observé : une transition s’effectue vers un couplage entre la plaque plongeante et la convection mantellique, suggérant que la déformation se distribue en profondeur. Les mécanismes contrôlant cette évolution restent cependant mal contraints, car inaccessibles à l’observation directe.
Les semelles métamorphiques et péridotites basales préservées à la base des complexes ophiolitiques, formées lors de l’initiation de la subduction puis exhumées, constituent des archives uniques des déformations et des transferts de matière et de fluides à l’interface entre les plaques. Ces échanges influent également sur la rhéologie et le comportement mécanique d’une interface de subduction naissante, et son évolution vers un stade mature qu’il convient de mieux comprendre.
Ce travail s’appuie sur l’analyse conjointe de la semelle métamorphique de haute température et des péridotites basales du complexe ophiolitique de Bay of Islands (Terre-Neuve, Canada). L’approche développée ici combine observations structurales de terrain, analyses chimiques (microsonde électronique), géochimiques (LA-ICP-MS et isotopes du bore), microstructurales (EBSD) et modélisations rhéologiques.
Les résultats révèlent, dans les péridotites basales, un métasomatisme syn-cinématique associé à une déformation progressive, évoluant de textures de tectonites porphyroclastiques (>1150 °C) jusqu’à celles des ultramylonites (~850 °C). Ce métasomatisme s’avère être de nature aqueuse et provient de la déshydratation de la croûte océanique, protolithe de la semelle métamorphique. Les transformations minéralogiques et les rééquilibrations chimiques qui en résultent s’accompagnent d’une transition des mécanismes de déformation du fluage par dislocation vers le fluage par dissolution-précipitation, traduisant un affaiblissement progressif du manteau et permettant d’expliquer le couplage mécanique de l’interface vers 850 °C.
L’étude de roches ultramafiques imbriquées au sommet de la semelle métamorphique met en évidence l’imprégnation du manteau par des liquides magmatiques issus de la fusion partielle de la semelle. L’effet mécanique de cette transformation, testé à la faveur de modélisations rhéologiques préliminaires, contribue à durcir mécaniquement la semelle métamorphique. Les observations microstructurales, qui révèlent une transition des mécanismes de déformation assistés par les fluides à la base de l’unité vers un régime de fluage par dislocation au sommet de celle-ci, renforcent cette conclusion. Ce contraste de résistance, à côté de l’évolution pétrologique et de l’affaiblissement rhéologique du manteau, a également pu participer au couplage mécanique et à l’accolement de ces unités de croûte océanique à la base de manteau.
L’interface fossile préservée à Terre-Neuve constitue donc un analogue naturel privilégié pour appréhender les interactions entre déformation, réactions métamorphiques et circulation de fluides, ainsi que les mécanismes de couplage et de transferts géochimiques le long des interfaces de subduction. Elle met en évidence le rôle clé des contrastes rhéologiques entre croûte et manteau dans la genèse et l’évolution des systèmes de subduction, et plus généralement de localisation de la déformation le long des frontières de plaques.

Résumé de la thèse en anglais:

Modern subduction zones are sites of intense lithospheric deformation, highly localized down to depths of 70–80 km, where deformation, fluid circulation, and metamorphic reactions interact closely. Between ~80 and 100 km depth, a change in mechanical behavior is observed: deformation becomes more distributed, reflecting a transition toward mechanical coupling between the downgoing slab and mantle convection. The mechanisms controlling this evolution, however, remain poorly constrained, as they are inaccessible to direct observation.
Metamorphic soles and basal peridotites preserved at the base of ophiolitic complexes, formed during subduction initiation and later exhumed, provide unique archives of deformation processes and mass and fluid transfers across the nascent plate interface. These exchanges also influence the rheology and mechanical behavior of the incipient subduction interface, and thus its evolution toward a mature stage, which remains to be better understood.
This study focuses on the joint analysis of the high-temperature metamorphic sole and the basal peridotites of the Bay of Islands ophiolite complex (Newfoundland, Canada). The integrated approach combines structural field observations with chemical analyses (electron microprobe), geochemical analyses (LA-ICP-MS and boron isotopes), microstructural investigations (EBSD), and rheological modeling.
The results reveal, within the basal peridotites, a syn-kinematic metasomatism associated with progressive deformation, evolving from porphyroclastic tectonite textures (>1150 °C) to ultramylonitic fabrics (~850 °C). This metasomatism is aqueous in nature and results from the dehydration of the oceanic crust protolith of the metamorphic sole. The resulting mineral transformations and chemical re-equilibrations are accompanied by a transition in deformation mechanisms, from dislocation creep to dissolution–precipitation creep, reflecting a progressive weakening of the mantle and providing an explanation for the onset of mechanical coupling along the interface near 850 °C.
The study of ultramafic rocks interlayered at the top of the metamorphic sole highlights impregnation of the mantle by magmatic liquids derived from partial melting of the sole. The mechanical effect of this process, tested through preliminary rheological modeling, suggests a strengthening of the metamorphic sole. Microstructural observations, showing a transition from fluid-assisted deformation mechanisms at the base of the unit to dislocation creep–dominated deformation at its top, further support this interpretation. This rheological contrast, together with the petrological evolution and mantle weakening, likely contributed to mechanical coupling and the attachment of oceanic crustal units to the base of the mantle.
The fossil interface preserved in Newfoundland thus represents a key natural analogue for investigating the interplay between deformation, metamorphic reactions, and fluid circulation, as well as the mechanisms of mechanical coupling and geochemical exchange along subduction interfaces. It highlights the critical role of rheological contrasts between crust and mantle in controlling the initiation and evolution of subduction systems, and more broadly, the localization of deformation along plate boundaries.

Mots clés en français :	semelle métamorphique, proto coin mantellique, Ophiolite de Terre-Neuve, métasomatisme, déformation ductile, Découplage/couplage de l'interface,
Mots clés en anglais :	metamorphic sole, proto mantle wedge, Newfoundland ophiolite, metasomatism, ductile deformation, Decoupling/coupling of the interface,

18/12/25

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