What place for the External Crystalline Massifs of the Western Alps in the Variscan orogeny?

Les massifs cristallins externes (MCE) des Alpes occidentales forment les portions affleurantes du socle Paléozoïque impliqué dans la collision alpine. A l’instar d’une grande partie du socle continental ouest-européen, ces massifs ont été structurés par l’orogenèse varisque au cours du Dévonien et du Carbonifère (~380–300 Ma). Cependant, plusieurs points d’ombre demeurent concernant l’âge des déformations et le degré de métamorphisme associé aux événements varisques dans les MCE. En particulier, des reliques de haute pression (éclogites et granulites HP) affleurent dans les MCE, mais l’âge et les conditions P-T de ce métamorphisme restent mal contraints. Par ailleurs, ces massifs ont été affectés par des grands décrochements au cours du Carbonifère supérieur et du Permien, et ont ensuite été remaniés par la tectonique alpine, ce qui complique leur intégration au sein du système varisque. Ainsi, la signification des MCE par rapport aux grands blocs tectoniques et aux sutures varisques en Europe reste mal définie.Cette thèse vise à apporter de nouvelles contraintes géochronologiques et thermobarométriques sur les événements tectono-métamorphiques et magmatiques varisques dans les MCE, afin de proposer un modèle géodynamique cohérent. Ce travail a été mené sur les massifs de Belledonne et de l’Oisans, en parallèle d’une seconde thèse (Jonas Vanardois) réalisée sur le socle des massifs du Mont Blanc et des Aiguilles-Rouges, dans le cadre du chantier RGF Alpes piloté par le BRGM.L’étude pétrochronologique des reliques de haute pression (HP) a permis de mettre en évidence un stade métamorphique HP d’âge Viséen, avec des estimations d’âge et de conditions P-T cohérentes sur l’ensemble des MCE (~330-340 Ma, 1.4-1.8 GPa et 650-750°C). La préservation de reliques progrades marque un stade métamorphique précoce à 460-550 °C et 0.4-1.0 GPa, incompatible avec un contexte de subduction froide, et marquant plutôt un contexte d’épaississement crustal par sous-charriage de la plaque inférieure.L’exhumation des unités métamorphiques profondes issues de la croûte inférieure est contrôlée par un grand système décrochant tardi-varisque (325-300 Ma) parcourant l’ensemble des MCE. La comparaison reliques HP des massifs de Belledonne et de l’Oisans révèle des chemins d’exhumation contrastés. Dans le massif de Belledonne, les unités profondes ont été exhumées de manière relativement isotherme (pic de température ~750 °C) au cœur de la zone de décrochement, alors que les unités du massif de l’Oisans, situées en marge de ce système, ont été exhumées plus tardivement et ont subi un échauffement important (800–870 °C) lors de l’exhumation.Un second volet de la thèse concerne l’étude pétrographique et géochimique d’enclaves de péridotites découvertes dans le massif de l’Oisans, emballés dans des migmatites. Ces péridotites portent les traces d’un métasomatisme mantellique d’origine continentale, caractérisé par la cristallisation de phlogopite/pargasite, un enrichissement marqué en éléments incompatibles (LILE, LREE), et des signatures en Nd peu radiogéniques (-8.12<EpsNdi< 0.59). Un lien a pu être établi entre ce métasomatisme et la présence d’un magmatisme ultrapotassique généralisé sur l’ensemble des MCE, qui résulte probablement de la fusion partielle du manteau métasomatisé. Des nouvelles datations U-Pb sur zircon réalisées sur une intrusion ultrapotassique en Oisans, ainsi que les relations avec les formations encaissantes suggèrent un âge de ce magmatisme étalé entre ~340 et 320 Ma, qui coïncide avec les phases précoces de la collision varisque dans les MCE.A l’échelle régionale, nous proposons que les MCE enregistrent une évolution géodynamique similaire à celle du massif de Bohème et des Vosges, liée à la convergence vers le SE du système Saxothuringien, et nous amène à regrouper ces massifs en un domaine varisque oriental, séparé du domaine occidental (Bretagne Sud, MCF) par la faille de Bray, qui agirait comme une zone transformante.The External Crystalline Massifs (ECMs) of the Western Alps form the outcropping portions of the Paleozoic basement involved in the Alpine collision. Like a large part of the continental basement of Western Europe, these massifs were structured by the Variscan orogeny during the Devonian-Carboniferous period (~380-300 Ma). However, several questions remain regarding the age of deformation and the degree of metamorphism associated with Variscan events in the ECMs. In particular, high pressure relics (eclogites and HP granulites) outcrop in the ECMs, but the age and P-T conditions of this metamorphism remain poorly constrained. Furthermore, these massifs were affected by wrenching tectonics during the Late Carboniferous and early Permian, and were subsequently reworked by Alpine tectonics, which complicates their integration within the Variscan system. Thus, the significance of ECMs and their relation with major tectonic blocks and Variscan sutures in Europe remain poorly defined.This thesis aims to provide new geochronological and thermobarometric constraints on Variscan tectonic and magmatic events in the ECMs, in order to propose a coherent geodynamic model. This work was carried out on the Belledonne and Oisans massifs, in parallel with a second thesis (Jonas Vanardois) carried out on the basement of the Mont Blanc and Aiguilles-Rouges massifs, within the framework of the RGF Alpes project led by the BRGM.The petrochronological study of the high-pressure (HP) relics revealed a HP metamorphic stage of Visean age, with age estimates and P-T conditions consistent across the ECMs (~330-340 Ma, 1.4-1.8 GPa and 650-750°C). The preservation of prograde relics marks an early metamorphic stage at 460-550°C and 0.4-1.0 GPa, which is incompatible with a cold subduction context, and rather marks a crustal thickening context by underthrusting of the lower plate.The exhumation of deep metamorphic units from the lower crust is controlled by a large, late Variscan strike-slip shear zone (325-300 Ma) running through the ECMs. Comparison of the HP relics of the Belledonne and Oisans massifs reveals contrasting exhumation paths. In the Belledonne Massif, the deep units were exhumed following relatively isothermal path (peak temperature ~750 °C) in the core of the shear zone, whereas the units of the Oisans Massif, located at the margin of this system, were exhumed later and underwent significant heating (to 800-870 °C) during exhumation.A second part of the thesis concerns the petrographic and geochemical study of enclaves of peridotites discovered in the Oisans massif, embedded in migmatites. These peridotites bear the traces of a mantle metasomatism by continental material, characterised by the crystallisation of phlogopite/pargasite, a marked enrichment in incompatible elements (LILE, LREE), and low radiogenic Nd signatures (-8.12<EpsNdi< 0.59). A link was established between this metasomatism and the widespread ultrapotassic magmatism on the whole ECMs, which probably results from the partial melting of the metasomatised mantle. New U-Pb zircon ages from an ultrapotassic intrusion in the Oisans, as well as relationships with the surrounding formations, suggest this magmatism spread between ~340 and 320 Ma, which coincides with the early phases of the Variscan collision in the ECMs.On a regional scale, we propose that the ECMs record a geodynamic evolution similar to that of the Bohemian and Vosges massifs, linked to the SE convergence of the Saxothuringian system. This leads us to group these massifs into an eastern Variscan domain, separated from the western domain (Southern Brittany, Massif Central) by the Bray fault, which would act as a transform zone