Subduction établie ou limite de plaque abandonnée ? Métamorphisme haute pression crétacé dans la plaque Caraïbe // Established Subduction or Aborted Plate Boundary? Cretaceous High-Pressure Metamorphism in the Caribbean Plate

L'initiation de la subduction reste mal comprise, notamment au niveau des arcs océaniques. La subduction intra-arc, où la convergence se concentre à l'intérieur d'un arc actif plutôt que le long d'une limite de plaque, est transitoire, instable et leurs témoins en sont rarement préservée (Stern, 2004 ; Gurnis et al., 2004). Dans le domaine océanique, la lithosphère est rapidement recyclée, rendant ces systèmes éphémères peu documentés. La Caraïbe constitue un cadre d'étude unique de ces phénomènes: une plaque majoritairement océanique, préversée depuis le Jurassique en position de plaque supérieure entourée de zone de subduction (Pindell & Kennan, 2009 ; Boschman et al., 2014). Elle montre des évidences de magmatisme d'âge crétacé, des épisodes de raccourcissement associés ou non au développement d'un métamorphisme haute pression permettent de tester les modalités de raccourcissement intra-arc et de la possibilité d'initier une subduction dans ce contexte.

Les terranes caraïbes enregistrent les condittions métamorphiques des faciès amphibolite et schistes bleus (~110–90 Ma) à Cuba, Hispaniola, Porto Rico, Îles Vierges, La Désirade et Tobago (García-Casco et al., 2008 ; Krebs et al., 2008). Les schistes bleus indiquent typiquement une subduction froide (Ernst, 1973 ; Maruyama et al., 1996), tandis que les amphibolites peuvent refléter un épaississement crustal ou un géotherme plus chaud. La coexistence quasi-synchrone des deux faciès, sans indice de zone de subduction, suggère que ces assemblages ne témoignent pas forcément d'une subduction régionale.

Plusieurs secteurs montrent un raccourcissement répété sans subduction stable, évoquant fermeture localisée d'arrière-arc, initiation transitoire ou raccourcissement intra-arc distribué. Des processus similaires sont proposés pour la Philippine Sea Plate (Stern, 2004 ; Gurnis et al., 2004) et dans le contexte caraïbe (Philippon et al., 2020a,b ; Montheil et al., 2023 ; Montheil et al., 2025).

Ce projet teste si le métamorphisme crétacé reflète (1) une subduction cohérente à l'échelle de la plaque, (2) une initiation transitoire ou (3) un raccourcissement intra-arc localisé. Il combine analyses structurales et cinématiques avec restauration paléomagnétique, datation Lu–Hf sur grenat pour contraindre la croissance prograde, et géochronologie 40Ar/39Ar sur amphibole et mica blanc pour dater le refroidissement et l'exhumation. Des reconstructions cinématiques régionales et des modèles thermomécaniques testeront si les conditions de faciès schistes bleus peuvent se générer dans ces scénarios, en comparant trajectoires P–T–t modélisées et données naturelles.

Cette étude clarifiera si la Caraïbe enregistre une subduction régionale, un arc avorté ou un raccourcissement régional distribué, contribuant à la compréhension général des processus d'initiation de subduction, de la dynamique arc–arrière-arc et des conditions mécaniques nécessaires à la stabilisation des limites de plaques océaniques.
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Subduction initiation is poorly understood, especially within pre-existing oceanic arcs. Intra-arc subduction, where convergence localizes within an active arc rather than a mature plate boundary, is transient, mechanically unstable, and rarely preserved (Stern, 2004; Gurnis et al., 2004). Because oceanic lithosphere is efficiently recycled, geological evidence for such short-lived systems is uncommon. The Caribbean region offers a unique setting: a predominantly oceanic plate surviving since the Jurassic and acting as an upper plate in surrounding convergent systems (Pindell & Kennan, 2009; Boschman et al., 2014). Its Cretaceous arc magmatism, shortening, and high-pressure metamorphism allow testing the modalities of intra-arc deformation and subduction initiation.
A major unresolved problem concerns “Great Arc”–related metamorphic rocks recording amphibolite- and blueschist-facies conditions between ~110 and 90 Ma along the Caribbean margins. These rocks are exposed in Cuba, Hispaniola, Puerto Rico, Virgin Islands, La Désirade and Tobago (García-Casco et al., 2008; Krebs et al., 2008). Blueschist-facies metamorphism is widely regarded as diagnostic of cold subduction (Ernst, 1973; Maruyama et al., 1996), whereas amphibolite-facies assemblages may reflect warmer subduction geotherms or crustal thickening within arcs. However, the near-synchronous occurrence of amphibolite- and blueschist-facies rocks, combined with structural evidence for arc shortening that did not evolve into a long-lived trench system, raises a fundamental question: do these rocks necessarily record regional-scale subduction?
Geological evidence in several sectors suggests repeated shortening without establishment of a stable, self-sustaining subduction zone. The coexistence of amphibolite- and blueschist-facies assemblages of overlapping age is puzzling, as classical models predict progressive cooling during slab descent. Alternative scenarios include localized back-arc closure, transient or aborted subduction initiation, or distributed intra-arc shortening capable of generating high-pressure assemblages without a mature plate boundary. Comparable processes have been proposed for reconfigured systems in the western Pacific, such as the Philippine Sea Plate (Stern, 2004; Gurnis et al., 2004).
This PhD project tests whether the Caribbean Cretaceous metamorphic record reflects (1) a coherent plate-scale subduction system, (2) transient subduction initiation, or (3) localized intra-arc shortening. The study integrates structural and kinematic analysis with paleomagnetic restoration, garnet Lu–Hf dating to constrain prograde metamorphic growth, and 40Ar/39Ar geochronology on amphibole and white mica to date cooling and exhumation. Regional plate kinematic reconstructions will evaluate whether a continuous subduction system can be restored at map scale during 110–90 Ma. Thermomechanical numerical modeling will test whether blueschist-facies conditions can be generated under scenarios of intra-arc shortening, transient subduction initiation, or back-arc closure by comparing predicted P–T–t paths with natural data.
By reassessing the tectonic significance of Caribbean Cretaceous metamorphism, this research will clarify whether the region records regional subduction, aborted plate boundary formation, or distributed arc shortening. More broadly, it will contribute to models of subduction initiation, arc–back-arc dynamics, and the mechanical conditions required for stable plate boundary development in oceanic domains.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Concours GAIA

Université de Montpellier

584 GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau

Master 2 en géosciences (tectonique, géodynamique, pétrologie métamorphique ou domaines connexes). Intérêt marqué pour le travail de terrain et l'approche multi-disciplinaire. Une expérience en pétrologie, géochimie, géochronologie et/ou modélisation numérique sera appréciée. Maîtrise de l'anglais scientifique requise.
Master's degree in geosciences (tectonics, geodynamics, metamorphic petrology, or related fields). Strong interest in fieldwork and multidisciplinary approaches. Experience in petrology, geochemistry, geochronology, and/or numerical modeling is desirable. Proficiency in scientific English is required.