Évolution structurale et thermique des Calédonides d’Écosse

Thermal and structural evolution of a collisional wedge : a geochronological study in the Scottish Caledonides

• Auteur / Autrice : Ella Jewison
• Direction : Nicolas Bellahsen, Loïc Labrousse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre
• Date : Soutenance le 07/12/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre de Paris (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Jolivet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Louis Paquette, Claudio Rosenberg
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéphanie Duchêne, Clare Warren

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prismes d'accrétion

Apatite

Thermochronologie

Écosse (GB)

Géochronologie

Mots clés libres

Ecosse

Géochronologie

U-Pb apatite

Ar/Ar

Collision

Prisme

Scotland

Geochronology

U-Pb apatit

Résumé

Les prismes collisionnels ductiles sont classiquement décrits par analogie aux prismes frictionnels superficiels, avec des déformations localisées et en séquence, s’enracinant sur un niveau de décollement basal. Cependant, puisqu’ils se construisent sous la transition cassant-ductile ils impliquent aussi des déformations ductiles distribuées à toutes les échelles. L’accrétion des différentes unités pourrait donc être significativement différente. Pour documenter l’évolution d’un prisme ductile il faut donc étudier finement l’évolution thermique de chaque unité et des zones de cisaillement qui les séparent pour comprendre comment elles s’accrètent au prisme. La présente étude prend pour support l’exemple typique du prisme Calédonien des Highlands et se propose d’utiliser une panoplie d’outils de thermochronologie haute température comme la méthode U-Pb sur apatite, en soulignant l’apport de la datation SIMS pour la détection fine de populations d’âge dans des terrains polymétmorphiques associée à la méthode éprouvée de datation 40Ar/39Ar sur micas. Les résultats U-Pb sur apatite et 40Ar/39Ar sur muscovites montrent que le refroidissement à l’échelle du prisme se produit vers 415-400 Ma. Les résultats des datations 40Ar/39Ar montrent également que les zones de cisaillement majeures dans le prisme ont des activités diachrones. La zone de cisaillement de Naver semble jouer dans des conditions > 500 ̊C seule, et tôt dans l’histoire du prisme, alors que les cisaillements de Ben Hope et du Moine semblent jouer de façon concomitante de 440 Ma à 415 Ma, avant la localisation complète de la déformation sur le Moine, et le refroidissement général et uniforme du prisme.

Colisionnal wedges are typically described as analogue to frictio- nal superficial wedges. The frictional wedges display localized deformations propagating in sequence and rooting on a basal decollement level. Howe- ver rocks mechanics predicts that, below the brittle-ductile transition, rocks behvior change drastically and deformation occurrs both with localized and distributed patterns, thus suggesting possible first order differences between crustal-scale wedge and accretionary prisms. To better understand how a ductile wedge is built, the present study focuses on the Northern Highglands Caledonian nappe stack to characterize when and how they accreted one to another. To capture this deep stacking, occurring at temperatures above 400-500 ̊C, we performed high temperature thermochronolgy : SIMS U-Pb dating of apatites, which happens to be a powerful tool for distinguishing age populations in polymetamorphic terranes, and 40Ar/39Ar dating on mi- cas. U-Pb data suggest a cooling at the scale of the wedge near 415-400 Ma. Our 40Ar/39Ar data is consistent with this cooling in the internal part of the wedge near 415 Ma. The Naver thrust appears to be the older active shear zones, that ceased early in the Scandian sequence. Then, 40Ar/39Ar data sug- gest that ductile deformation occurred coevally on the Ben Hope and Moine shear zones from 440 Ma to 415 Ma, before final localization on the Moine thrust and exhumation and cooling of the whole stacked sequence before 410 Ma.