Évolution métamorphique de la croûte continentale lors de la formation de la chaîne varisque: une approche pétrochronologique // petrochronological insights on the evolution of the continental crust during the variscan orogeny

Topic description

: Le modèle classique de formation et d'évolution de la chaîne Varisque d'Europe occidentale, formée au Paléozoïque supérieur lors de l'assemblage du supercontinent Pangée, a longtemps considéré des processus tectoniques analogues à ceux ayant conduit à la formation de la chaîne himalayenne plus récente. Cependant, les travaux pétrochronologiques, structuraux et pétro-géochimiques menées au cours de la dernière décennie dans le Massif Central, le plus grand domaine appartenant à la chaîne Varisque en France, ont profondément remis en question ce modèle. La chaîne Varisque, jusqu'alors interprétée comme un prisme orogénique froid constitué d'un empilement de nappes, présenterait plutôt l'évolution thermo-mécanique d'un « orogène chaud » plus typique des terrains précambriens. Cette hypothèse reste néanmoins discutée car l'évolution tectono-métamorphique de la chaîne, depuis les stades précoces de sa construction jusqu'à son démantèlement, reste mal contrainte. Ce verrou scientifique limite à son tour la compréhension des processus de formation des gisements de métaux critiques (Li, W, Nb-Ta, Sb, Cu) associés à la croûte orogénique varisque et dont la demande croissante dans le cadre des transitions énergétique et numérique actuelles amène à reconsidérer l'exploitation sur le sol européen.
Dans ce contexte, le sujet de thèse proposé a pour objectif de reconstituer l'évolution métamorphique de lithologies jusqu'alors peu documentées dans les unités géologiques principales du Massif Central. L'objectif principal est de réévaluer de façon systématique la durée, les taux et les conditions des processus métamorphiques pré- à post-collisionnels, et ainsi apporter de nouvelles contraintes sur l'évolution tectono-métamorphique de l'orogène. Ces résultats fourniront ainsi un cadre géodynamique et géochronologique robuste dans lequel replacer les modèles de formation des gisements de métaux critiques, et ainsi améliorer la prédiction de leur exploration dans la croûte orogénique varisque.
Les localités cibles sont des sections emblématiques du Massif Central, ayant récemment fait l'objet d'une nouvelle caractérisation structurale détaillée. Des échantillons-clés représentatifs des roches d'intérêt – micaschistes, migmatites et gneiss – seront étudiées par une approche intégrée combinant les informations texturales, géochimiques et géochronologiques de différents pétrochronomètres (ex : Lu-Hf sur grenat, Rb-Sr sur muscovite et biotite, U-(Th-)Pb sur zircon et/ou monazite), dans leur cadre pétrologique détaillé (ex : pseudosections, thermobarométrie), permettant ainsi la reconstruction de chemins pression-température-temps les plus complets possible.
Ces travaux de recherche s'intègrent à plus grande échelle dans le cadre du projet DISCOVERY (DISclosing the Critical mineral potential resulting from pre- to post-Orogenic Variscan gEological history) financé par le PEPR « Sous-sol bien commun » (Programmes d'Investissement d'Avenir France ), qui vise à comprendre le rôle des processus orogéniques varisques dans la fertilité de la croûte du Massif Central en matières premières stratégiques. Le salaire du.de la doctorant.e et les frais de fonctionnement (missions, analyses) seront intégralement pris en charge sur le projet DISCOVERY. Il.elle bénéficiera d'un environnement scientifique stimulant caractérisé par un large consortium d'expert.e.s à l'échelle nationale et de nombreuses collaborations internationales.
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The classic model of the formation and evolution of the Variscan orogenic belt in Western Europe, formed in the Late Paleozoic during the assembly of the supercontinent Pangaea, has long considered tectonic processes analogous to those responsible for the formation of the more recent Himalayan belt. However, petrochronological, structural, and petrogeochemical studies conducted over the last decade in the French Massif Central, the largest Variscan exposure in France, have deeply challenged this model. The Variscan belt, previously interpreted as a cold orogenic prism consisting of a stack of nappes, would instead be characterized by a thermo-mechanical evolution more typical of a “hot orogen” as found in Precambrian terrains. However, this hypothesis remains controversial, because the tectonic and metamorphic evolution of the belt, from the early stages of its construction to its dismantling, remains poorly constrained. This issue in turn limits our understanding of the processes involved in the formation of critical metal deposits (Li, W, Nb-Ta, Sb, Cu) associated with the Variscan orogenic crust, for which growing demand in the context of the current energy and digital transitions leads to reconsider their potential exploitation in the European subsoil.
In this context, the proposed thesis topic aims to reconstruct the metamorphic evolution of lithologies that have been poorly documented to date in the main geological units of the Massif Central. The main objective is to systematically reassess the duration, rates, and conditions of pre- to post-collisional metamorphic processes, and thus provide new constraints on the tectono-metamorphic evolution of the orogen. These results will in turn provide a robust geodynamic and geochronological framework in which to place mineral system models of critical metal deposit formation, thereby improving future exploration targeting in the Variscan orogenic crust.
The target locations are emblematic sections of the French Massif Central, which have recently undergone new and detailed structural characterization. Key samples representative of the rocks of interest (micaschists, migmatites and gneisses) will be studied employing an integrated approach combining textural, geochemical, and geochronological information from various petrochronometers (e.g., Lu-Hf in garnet, Rb-Sr in muscovite and biotite, U-(Th-)Pb in zircon and/or monazite) within their detailed petrological context (e.g., geochemical, and geochronological information from various petrochronometers (e.g., garnet, muscovite, biotite, zircon, and/or monazite) within their detailed petrological context (e.g., pseudo-sections, thermobarometry), thereby enabling the reconstruction of the most complete pressure-temperature-time paths possible.
This PhD topic is part of the DISCOVERY project (DISclosing the Critical mineral potential resulting from pre- to post-Orogenic Variscan gEological history) funded by the PEPR 'Sous-sol bien commun ' (Programmes d'Investissement d'Avenir France ), which aims to understand the role of Variscan orogenic processes in the fertility of the Massif Central crust in terms of strategic raw materials. The doctoral student's salary and operating costs (missions, analyses) will be fully covered by the DISCOVERY project. He or she will benefit from a stimulating scientific environment characterized by a large consortium of experts at the national level and numerous international collaborations.
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Début de la thèse : 01/10/
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