Comportement mécanique des roches et dynamique des lithosphères dans les zones de convergence

Les zones de convergence sont des objets cles a la comprehension de la dynamique de la lithosphere. Elles sont le siege de deformations majeures comme en temoignent la concentration et l’intensite des seismes qui leur sont associees. A plus grande echelle de temps et d'espace, ces deformations resultent generalement en un empilement d’unites dont l’etude offre l'acces aux differents niveaux structuraux mis en jeu dans l'organisation de la chaine de montagnes. Caracteriser precisement la dynamique de structuration de ces unites ainsi que les parametres controlant cette dynamique constitue une etape cruciale permettant d’aller plus loin, notamment quantitativement, dans notre connaissance de la dynamique lithospherique. Cette these a comme double objectif (1) de preciser le comportement rheologique des roches aux conditions Pressions-Temperature P-T du facies eclogitique au sein de l' interface de subduction et (2) de caracteriser et quantifier l' influence de la rheologie de la plaque superieure, et plus specifiquement, le role de sa partie crustale, sur l'evolution spatio-temporelle des zones de convergence. Pour cela, une approche multi-disciplinaire a ete utilisee. Dans un premier temps, je presente une analyse multi-echelle couplant travail de terrain et de petrologie metamorphique qui a permis d'etudier la deformation au sein de roches HP-BT a l' interface de subduction au niveau de la klippe du Mont-Emilius (Alpes occidentales, Italie). Je detaille ensuite une etude quantitative alliant modelisation numerique thermo-mecanique 3D et 2D de zones de convergence. L'ensemble des modeles a permis d'analyser de nombreux parametres influencant la structure rheologique de la plaque superieure tels que le geotherme initial, l'epaisseur de la lithosphere et de la croute et la nature des materiaux impliques. L'ensemble des modeles realises sont contraints/confrontes par/aux des donnees issues d'exemples naturels. Les resultats de l'etude sur des roches deformees au sein de l’interface de subduction mettent en evidence le possible comportement cassant des roches a des conditions de pression et temperature de l'ordre de 2.15-2.40 GPa, 500-550 °C, i.e., dans le facies eclogitique. L’enregistrement d’un tel mode de deformation est d'une importance capitale car il remet en question le paradigme d’un comportement ductile sans resistance au niveau de l’ interface de subduction. Les resultats obtenus via les modeles numeriques montrent par ailleurs que la rheologie de la plaque superieure, ainsi que celle de sa seule partie crustale, a une influence de premier ordre sur la dynamique globale des zones de convergence en modifiant notamment le mode de subduction, la cinematique de la fosse, le mode d'exhumation lors d'une collision, le timing de la dechirure du slab et de la formation de bassins d'arriere-arc, la repartition et l'intensite de la deformation au sein de la plaque superieure. La combinaison des methodes de petrologie et de modelisation numerique a permis d'obtenir une analyse quantifiee de l' influence de la rheologie des lithospheres impliquees dans les zones de convergence sur la dynamique de ces zones. Cette these presente ainsi de nouvelles contraintes a notre comprehension de la reponse mecanique de la lithosphere, en fonction de sa structuration rheologique et de sa place au sein des zones de convergence a petite et grande echelle. Les nouvelles donnees presentees revelent l' impact majeur de la rheologie de la lithosphere dans les zones de convergence. Ce parametre amene ainsi a reconsiderer notre vision actuelle des zones de convergence.