Étude pétrologique et chronométrique (U–Th–Pb) de la monazite et du zircon dans les granulites de ultra-haute température du Rogaland, Norvège

Understanding mountain building processes requires a better integration of petrological and peochronological data in order to link pressure-temperature paths to absolute ages. This work focuses on the behaviour of monazite and zircon, which are used as geochronometers, in ultra-high temperature granulites of Rogaland (South Norway). We show that linking in-situ U–Th–Pb dating of monazite with its major- and trace-element composition lead to the recognition of two ultra-high temperature (UHT) metamorphic events in Rogaland at c.1030–1005 Ma and c. 940–930 Ma. Indeed, the examination of monazite–xenotime–huttonite phase relationships suggests that monazite may record crystallization age at or near ultra-high temperature. Besides, the chemical and U–Th–Pb–O isotopic characterization of zircon neo-crystallization or overgrowths indicates that the Rogaland crust remains molten (> 800 °C at 0.7–0.4 GPa) at least during 60 My between the two identified UHT excursions. This manuscript also highlights the various factors responsible for U–Th–Pb (partial) resetting in the course of granulite facies metamorphism. Zircon behaviour is mostly controlled its level of amorphization, enhancing Pb loss during annealing, whereas monazite resetting is dominated by dissolution–precipitation processes in the presence of a melt or fluid phase. More specifically, we point out that monazite may be used to monitor the redox conditions of its crystallizing medium since monazite may incorporate the redox-sensitive element S in its lattice as sulphate. Finally, we demonstrate a spatial and temporal correlation between magmatism and UHT metamorphism in Rogaland. The timescale, P–T path and tectono-magmatic history however cannot be explained by currently accepted models for UHT. We suggest that physical and thermal specificities of Proterozoic mantle may explain the observed ultra-hot orogen style and the occurrence of gravity driven processes during orogeny.La compréhension des processus orogéniques nécessite un couplage toujours plus étroit entre données pétrologiques visant à contraindre le trajet pression-température des roches et les données géochronologiques donnant accès aux âges et durées absolues. Cette thèse vise en premier lieu à étudier le comportement des monazites et des zircons, utilisés en géochronométrie U-Th-Pb dans les granulites de ultra-haute température (UHT) du Rogaland (sud de la Norvège). Nous montrons que la datation ponctuelle in-situ U–Th–Pb, combinée à l’analyse des éléments majeurs et traces contenus dans la monazite permet d’identifier et de quantifier deux incursions à ultra-haute température du Rogaland à 1030–1005 Ma et à 940–930 Ma. En effet, l’examen des relations de phases à l’équilibre entre monazite, xénotime et huttonite a permis de démontrer que les monazites étaient capables de cristalliser et d’enregistrer des températures supérieures à 880 °C. D’autre part, la caractérisation chimique et isotopique U–Th–Pb–O des néocristallisations et surcroissances des zircons permet de définir un intervalle de temps de 60 Ma entre les deux pics de métamorphisme, au cours duquel la croûte moyenne était partiellement fondue à des températures supérieures à 800°C et à basse pression (0.7–0.4 GPa). Ces travaux de thèse soulignent par ailleurs la variété des facteurs susceptibles de conduire à la remise à zéro, partielle ou non, des âges U–Th–Pb dans les monazites et les zircons. Nous montrons que compte tenu de l’histoire T-t du domaine étudié, le système chronométrique U–Th–Pb est largement contrôlé dans le zircon par le degré d’amorphisation de ce dernier lié à son auto-irradiation, alors que dans la monazite, ce sont les processus de dissolution-recristallisation en présence de fluides silicatés ou aqueux qui sont prépondérants. Nous montrons également qualitativement l’influence des conditions d’oxydo-réduction dans l’incorporation du S comme sulfate dans le réseau cristallin de la monazite et par conséquent le potentiel que représente la monazite pour sonder l’état d’oxydo-réduction lié aux différents évènements géologiques, dans les roches métamorphiques. Finalement, nous mettons en évidence une corrélation spatiale et temporelle entre magmatisme mantellique et métamorphisme de ultra-haute température qui ne peut être expliquée avec les modèles actuellement acceptés pour la genèse du métamorphisme de UHT. Ces observations peuvent néanmoins être expliquées en prenant en compte la différence de composition et de température du manteau Protérozoïque comparé à l’actuel, favorisant le développement d’orogènes ultra-chauds et de phénomènes gravitaires