A new apatite (U-Th)/He (AHe) dataset from subvertical transects collected in the Teton and Gallatin Ranges in the Teton-Yellowstone region provides insight for the slip history and length of the Teton fault. Along the northernmost segment of the Teton fault, inverse thermal history modeling of AHe data from Eagles Rest Peak yield a ~9 Ma age for onset of fault slip. This age supports previous interpretations that Mount Moran may be the true center of the Teton fault. This refined interpretation coupled with lengthdisplacement fault scaling analysis and previous estimates of total fault displacement (~6 km) indicates that the Teton fault may extend 50-90 km north of Mount Moran. However, this new data precludes the possibility that the Teton and East Gallatin faults represent the same structure. Yet, because these systems share a similar structure trend and initial slip ages (13 Ma and 16 Ma, respectively), they may still be related at a larger scale. To the south, the Teewinot transect yields the oldest onset age of ~32 Ma, however a >500 m vertical data gap in this transect leads us to cautiously interpret the results of this model, particularly as this age conflicts with four other transects along-strike.

Le Tianshan est une des chaînes majeures d'Asie qui s'étend sur près de 2500 km de longitude avec des reliefs supérieurs à 7000 m. Il s'agit de l'orogène intracontinental le plus actif au monde issu d'une accrétion initiale au Paléozoïque suivie d'une réactivation majeure au Cénozoïque en réponse à la collision Inde-Asie. Mais l'âge exact d'initiation de la déformation cénozoïque reste mal contraint, ce qui est un obstacle important à la compréhension et à la détermination de l'évolution de la déformation en Asie. Les piémonts Nord et Sud du Tianshan sont constitués par deux remarquables prismes d'avant chaîne où les sédiments permiens au quaternaires des bassins flexuraux adjacents de Kuche et de la Junggarie sont très bien exposés. L'histoire de la construction du Tianshan peut être déterminée grâce à une étude de l'enregistrement sédimentaire facilement accessible au niveau des piémonts.<br />Ainsi, nous avons réalisé trois études magnétostratigraphiques le long des coupes de la Kuitun et de la Jingou He au Nord et le long de celle de Yaha au sud pour lesquelles nous avons identifié respectivement 16, 22 et 18 chrons magnétiques que nous avons corrélés à l'échelle de référence donnant des âges compris entre, 3.1 et 10.5 Ma, 8.5 Ma et 22 Ma et 5.2 et 12.6 Ma respectivement. Les vitesses de sédimentations déduites de ces corrélations montrent une accélération à ~11 Ma sur la coupe de Yaha et celle de la Jingou He qui présente également une accélération antérieure à ~15 Ma alors que les vitesses restent stables depuis ~10 Ma sur la coupe Kuitun. Nous avons également réalisé des études de la minéralogie magnétique et des mesures de l'ASM qui montrent des changements importants de la susceptibilité magnétique (Κ) et du paramètre de forme (T) à 21, 15 et 11 Ma sur les deux piémonts. A partir des changements de vitesses de sédimentation, contraint par ailleurs par ceux des paramètres magnétiques, nous pensons que la surrection du Tianshan a probablement débuté vers 15 Ma puis s'est accélérée à ~11 Ma, ce qui est cohérent avec les études précédentes réalisées sur la zone suivant d'autres méthodes.<br />A partir de modèles structuraux des piémonts et des basins de la Junggarie et de Kuche, associés aux âges magnétostratigraphiques et à des datations U-Th/He de grains d'apatites et zircons détritiques , nous déterminons également: (1) l'âge d'activation et les vitesses de déformation de certaines structures des piémonts, (2) les flux et vitesses sédimentaires et (3) l'évolution des taux d'érosion. Nous discutons et décrivons ainsi l'évolution cinétique et cinématique des piémonts et de la haute chaîne.

Die hier präsentierte Studie umfasst detaillierte Untersuchungen zur thermochronologischen, strukturellen sowie morphologischen Entwicklung der Östlichen und Westlichen Sierras Pampeanas in Argentinien, zwischen 26°S to 34°S südlicher Breite. Kapitel 3 diskutiert thermochronologische Daten (Apatit Spaltspuren, Zirkon und Apatit (U-Th)/He) sowie K-Ar Illit-Datierung an Störungsletten aus der Sierra de Comechingones sowie Ar-Ar Alter an Vulkaniten des vulkanischen Gürtels von San Luis (Östliche Sierras Pampeanas). K-Ar Illitalter belegen den Beginn spröder Deformation vor etwa 340 Ma. Thermochronologische Daten dokumentieren geringe Exhumationsraten seit dem späten Paläozoikum sowie eine maximale Exhumierung von etwa 2,3 km seit der späten Kreidezeit. Ar-Ar Datierungen an vulkanischen Gesteinen des San Luis Vulkanischen Gürtels ergeben Alter zwischen 7,54 Ma und 1,91 Ma. Dies belegt ein ostwärts gerichtetes Fortschreiten der magmatischen Front, welches mit einer Verflachung des Subduktionswinkels der Nazca Platte unter die Südamerikanische Platte vor etwa 11.2 Ma assoziiert wird. Darüber hinaus deuten die hier präsentierten thermochronologischen Daten an, dass der Anteil Andiner Exhumation und Hebung an der Gesamthebung und Exhumation der Sierras Pampeanas von geringer ist als gemeinhin angenommen. Kapitel 4 präsentiert Ergebnisse von Niedrig-Temperatur thermochronologischen Untersuchungen sowie K-Ar Alter retrograd gewachsener Illite aus spröden Störungszonen der Sierra de San Luis (Östliche Sierras Pampeanas). K-Ar Illitalter belegen eine lang andauernde Aktivität spröder Deformation welche unmittelbar nach dem Ende der Chanic Phase der Famatinischen Orogenese vor etwa 320 Ma einsetzte und zeitlich mit dem Übergang von duktilen zu spröden Deformationsmechanismen übereinstimmt. Jüngste Illitlater liegen zwischen 222-172 Ma. Diese können als Abkühlalter des Grundgebirges unter die zur Illitbildung benötigten Temperaturen interpretiert werden, jedoch nicht als Ende der spröden Deformation. Diese Interpretation wird von den Ergebnissen thermochronologischer Untersuchungen bestätigt. (U-Th)/He Datierungen an Apatiten und Zirkonen, sowie Apatit Spaltspuranalysen dokumentieren die Exhumation seit dem Perm, welche möglicherweise in Verbindung zur San Rafael Orogenese steht. Die ermittelten Abkühlalter belegen geringe Exhumationsraten sowie die damit einhergehende lange Verweildauer der Proben in den Temperaturbereichen der partial annealing bzw. parial retention zone von Apatit und Zirkon (PRZA, PRZZ und PAZA). Die finale Abkühlung auf Oberflächentemperaturen fand im Verlauf des Jura und der späten Kreide statt. Die Abkühlgeschichten der Sierra de San Luis und Sierra de Comechingones werden in einem Entwicklungsmodel zusammengefasst, welches signifikante Unterschiede in der thermischen Entwicklung beider Gebirgszüge offenbart. Kapitel 5 diskutiert die thermochronologische Entwicklung der Sierra de Pie de Palo, einem ausgeprägten Höhenzug in den Westlichen Sierras Pampeanas. Thermochronologische Untersuchungen zeigen das die strukturelle Entwicklung der Sierra Pie de Palo bereits im späten Paläozoikum einsetzte und von jeher durch tektonisch kontrollierte Erosion geprägt wurde, welche sich im Verlauf des Mesozoikums aufgrund extensionaler Tektonik zwar verlangsamte, jedoch andauerte. Die heutige Topographie des Gebirgszuges bildete sich im Zuge Andiner Kompression im Verlauf des Späten Mesozoikums und Paläogens durch die Hebung und damit einhergehender Denudation einzelner Grundgebirgsblöcke. Die mit der Hebung assoziierte Deformation schritt dabei von Ost nach West voran. Der Gesamtbetrag vertikaler Hebung seit dem frühen Paläozoikum kann auf ca. 3,7-4,3 km eingegrenzt werden, wobei die Gesamtexhumation etwa 1,7-2,2 km bei einer Exhumationsrate von 0,03-0,04 mm/a beträgt. Kapitel 6 stellt eine Methode zur Interpretation von K-Ar Illit Feinfraktionsaltern aus Störungsletten aus nichtsedimentären Gesteinen vor. Gemäß der vorgestellten Methode werden die ermittelten K Ar Illitalter in Kombination mit den Untersuchungsergebnissen unabhängiger Parameter, z.B. Illitkristallinität, Illit-Polytypie und Polytyp-Quantifizierung, Korngröße, Tonmineralogie, K-Ar Abkühlaltern des Nebengesteins sowie mit Ergebnissen thermochronologischer Untersuchungen (AHe, ZHe, AFT) evaluiert. Dieser Interpretationsansatz wird im Rahmen einer regionalen Studie innerhalb der Östlichen Sierras Pampeanas exemplarisch angewandt. Im Zuge dessen wurde eine große Zahl von Störungsletten systematisch beprobt und analysiert. Ermittelte K-Ar Illitalter decken die Zeitspanne vom Devon bis in die Kreidezeit und dokumentieren eine lang anhaltende Phase bruchhafter Deformation in der Region. Alter >320 Ma sind synchron mit einer Periode kompressiver intra-Platten Tektonik, während Permische und Triassische Alter mit einer Periode flacher Subduktion der Farallon Platte unter die Südamerikansche Platte assoziiert werden können. Darüber hinaus belegen die K-Ar Illitalter ein von Nord nach Süd Fortschreiten der spröden Deformation in den Sierras de San Luis und Comechingones. Die Integrität und Konsistenz der analysierten Daten belegt die Leistungsfähigkeit und tektonische Signifikanz der hier vorgestellten Methode, welche somit einen bedeutenden Beitrag zur Entschlüsselung komplexer Abkühlungs- und Deformationsereignisse bieten kann. Jedoch kann gezeigt werden, dass die Aussagekraft der hier vorgestellten Methode stark von der Abkühlgeschichte des Untersuchungsgebietes abhängt. Kapitel 7 präsentiert thermochronologische Daten aus den gesamten Sierras Pampeanas. Darüber hinaus werden alle verfügbaren thermochronologischen und geochronologischen Daten zur Abkühlgeschichte der Sierras Pampeanas diskutiert und in ein Abkühlmodell zusammengefasst. Die Daten belegen eine Abkühlung unter 200°C im Verlauf des Karbons. Im Verlauf des Perms und der Trias schritt die Abkühlung von West nach Ost fort, räumlich und zeitlich einhergehend mit dem fortschreiten eines flachen Subduktionsereignisses der Farallon-Platte unter die heutige Südamerikanische Platte. Mesozoische Riftereignisse und damit einhergehende Sedimentation und Versenkung zeigen nur lokal Einfluss auf die ermittelten Abkühlalter. Dies deutet darauf hin, dass die zum Verlust der Altersinformation der thermochronologischen Systeme notwenige Versenkungstiefen nur entlang der schmalen, räumlich eingeschränkten Kretazischen Riftbecken erreicht werden. Die finale Abkühlung auf Oberflächentemperaturen verlief diachron in den nördlichen und südlichen Sierras Pampeanas. So können im Norden Neogene Alter beobachtet werden, während die südlichen und westlichen Sierras Pampeanas spätestens seit der Kreide bzw. frühen Paleogens auf Oberflächentemperaturen abgekühlt waren. Letzteres deutet auf die Existenz einer positiven Topographie in den südlichen Sierras Pampeanas, bereits vor dem Einsetzen Cenozoischen Andinen Kompression und der im Neogenen einsetzenden flachen Subduktion der Nazca-Platte hin. Dies wiederum wiederspricht der allgemein akzeptierten Hypothese, dass die Exhumation und Hebung der Sierras Pampeanas allein mit der Neogenen flachen Subduktion der Nazca-Platte in Verbindung stehen. Im Gegensatz dazu wird vorgeschlagen, dass diese Neogenen Prozesse lediglich zu einer Überprägung und Akzentuierung des bereits existierenden Reliefs führten. Diese Vermutung kann durch die Berechnung auffallend niedriger Denudationsraten in den Östlichen und Westlichen Sierras Pampeanas von 0,010 0,024 km/a gestützt werden, welche auf stabile Bedingungen, zumindest seit der späten Kreidezeit, hindeuten.

A evolução da margem continental do sudeste do Brasil tem sido discutida por diversos autores desde meados do século passado até os dias atuais, especialmente no contexto da origem e evolução dos escarpamentos e das bacias tafrogênicas. Buscou-se contribuir com novos dados sobre a evolução da área a partir da aplicação da termocronologia de baixa temperatura (U-Th)/He em apatita, que oferece uma sensibilidade significativa para registrar movimentações tectônicas na crosta superior. Foi possível obter idades em 107 cristais de apatita de 18 amostras do embasamento coletadas no perfil com orientação NW-SE, numa seção entre a Serra da Mantiqueira e o Gráben da Guanabara. As idades corrigidas variam entre 250,1 8,7 Ma e 43,5 1,9 Ma (2 &#963;) e as não corrigidas entre 174,13 3,03 Ma e 27,07 0,60 Ma (1 &#963;). O Neocretáceo, o Eocretáceo e o Paleoceno são os principais registros no conjunto de dados, em ordem de importância. No Neocretáceo, o intervalo entre 83,6 e 72,1 Ma (Campaniano) representa o maior destaque nos registros termocronológicos, embora os outros registros (Maastrichtiano e Santoniano) também estejam presentes e sejam importantes. As idades do Neocretáceo destacam a importância dos eventos tectonomagmáticos e soerguimento regional na história térmica dessa área, inclusive com idades (~86 Ma) atribuídas ao contexto de soerguimento da Serra do Mar. As idades do Eocretáceo indicam o registro de eventos térmicos mais antigos, vinculados à evolução pré-rifte. Já os dados do Paleoceno estariam associados ao evento de reativação responsável pela implantação do sistema de riftes continentais (~65 Ma) e as idades do Eoceno, restritas à borda de falha da bacia de Resende (49,7 Ma e 43,5 Ma), à reativação do sistema de riftes nessa área. A dispersão de idades foi interpretada como efeito dos danos de radiação já que muitos grãos apresentam correlação entre idade e concentração de urânio (eU). Os padrões de tempo-temperatura (t-T), definidos a partir dos modelos HeFTy calibrados para o modelo de difusão que considera os efeitos de danos de radiação nos cristais, registraram eventos de resfriamento rápido, os quais mostram correlação direta com episódios de reativação e soerguimento na margem continental e com registros nas bacias continentais e marginais. O padrão de aumento das idades com a elevação, assim como da costa em direção ao interior é observado, mas mostra-se alterado pela ocorrência de idades mais jovens associadas à complexa evolução dessa margem continental com desnivelamentos de blocos vinculados à tectônica pós-rift, numa situação que ressalta a influência dos episódios de reativação. As estimativas de denudação total variam entre 1,2 e 2,8 km. As taxas de erosão variam entre 15,2 e 35,3 m/Ma. A evolução da área indica não apenas a influência de um evento específico mas, possivelmente, uma combinação de episódios que se alternaram e/ou atuaram em conjunto em determinados períodos. Os eventos de reativação mais antigos, combinados com os mais recentes, exibem os seus remanescentes na paisagem (serras da Mantiqueira e do Mar e os grábens e bacias sedimentares) e assumem papel fundamental na evolução da área. Os registros de tais episódios podem ser observados nas histórias térmicas das rochas e nos depósitos correlativos nas bacias sedimentares marginais e intracontinentais. / This doctoral dissertation involves low-temperature thermochronologic investigations to constrain the Mesozoic and Cenozoic tectonic reactivation of the continental margin of southeast Brazil. The study area is located in a segment of the Neoproterozoic Ribeira belt in southeastern Brazil, which occupied a central position in Western Gondwana. Lately, during the Mesozoic and Cenozoic, fault zones related to the development of the continental rifts in southeast Brazil reactivated. Using apatite (U-Th)/He thermochronology (AHe), we have presented the results of analysis on 107 apatite crystals of basement samples collected from a NWSE transect in the Mantiqueira Mountains to the Guanabara Graben, as well as from the NESE transverse faults. The data range from 27.07 0.60 Ma to 174.13 3.03 Ma (1 &#963;) for uncorrected ages, and from 43.5 1.9 Ma to 250.1 8.7 Ma (2 &#963;) for corrected ages. The Neo-Cretaceous, Eo-Cretaceous, and Paleocene are the main recorded AHe ages, in order of importance. The Eo-Cretaceous ages indicate the occurrence of older thermal events related to a pre-rifting phase (~121 Ma). The Neo-Cretaceous ages signify the importance of tectonic and magmatic events, and regional uplifting for the thermal history of the study area, including ages related to the Serra do Mar Mountains uplift (~86 Ma). Paleocene ages seem to be related to the reactivation (~65 Ma), which was responsible for the continental rifts in the southeastern Brazil. Finally, the Eocene ages (49.7 Ma and 43.5 Ma), which are from samples restricted to the Resende Basin border faults, indicate a continental rift reactivation. We investigated the age dispersion data, which were interpreted as an effect of radiation damage. Several samples show correlations between apatite (U-Th)/He age and effective U concentration (eU). We have applied HeFTy thermal modeling to obtain timetemperature (t T) paths using a radiation damage diffusion model. Inverse modeling of (U-Th)/He age data suggests rapid cooling episodes for all samples. The main thermal events recorded by the HeFTy models show a direct correlation with the timing of regional tectonic events: reactivation phases, continental margin uplift, and the sedimentary record. Apatite (U-Th)/He ages increase with distance from the coast and with elevation. However, these patterns are discontinued by samples of younger ages as a result of the reactivation process of pre-existing structures in the Brazilian continental margin. The total estimated denudation range from 1.2 to 2.8 km. The erosion rates range from 15.2 to 35.3 m/My. Thus, the multi-episodic thermal events, which led to the formation of important regional tectonic and geomorphological features (Mantiqueira Mountains, Serra do Mar Mountains, grabens, and sedimentary basins), seem to play a fundamental role in the evolution of the Brazilian continental margin. The records can be found in the thermal history of rocks and its correlated deposits in the continental margin.

A evolução da margem continental do sudeste do Brasil tem sido discutida por diversos autores desde meados do século passado até os dias atuais, especialmente no contexto da origem e evolução dos escarpamentos e das bacias tafrogênicas. Buscou-se contribuir com novos dados sobre a evolução da área a partir da aplicação da termocronologia de baixa temperatura (U-Th)/He em apatita, que oferece uma sensibilidade significativa para registrar movimentações tectônicas na crosta superior. Foi possível obter idades em 107 cristais de apatita de 18 amostras do embasamento coletadas no perfil com orientação NW-SE, numa seção entre a Serra da Mantiqueira e o Gráben da Guanabara. As idades corrigidas variam entre 250,1 8,7 Ma e 43,5 1,9 Ma (2 &#963;) e as não corrigidas entre 174,13 3,03 Ma e 27,07 0,60 Ma (1 &#963;). O Neocretáceo, o Eocretáceo e o Paleoceno são os principais registros no conjunto de dados, em ordem de importância. No Neocretáceo, o intervalo entre 83,6 e 72,1 Ma (Campaniano) representa o maior destaque nos registros termocronológicos, embora os outros registros (Maastrichtiano e Santoniano) também estejam presentes e sejam importantes. As idades do Neocretáceo destacam a importância dos eventos tectonomagmáticos e soerguimento regional na história térmica dessa área, inclusive com idades (~86 Ma) atribuídas ao contexto de soerguimento da Serra do Mar. As idades do Eocretáceo indicam o registro de eventos térmicos mais antigos, vinculados à evolução pré-rifte. Já os dados do Paleoceno estariam associados ao evento de reativação responsável pela implantação do sistema de riftes continentais (~65 Ma) e as idades do Eoceno, restritas à borda de falha da bacia de Resende (49,7 Ma e 43,5 Ma), à reativação do sistema de riftes nessa área. A dispersão de idades foi interpretada como efeito dos danos de radiação já que muitos grãos apresentam correlação entre idade e concentração de urânio (eU). Os padrões de tempo-temperatura (t-T), definidos a partir dos modelos HeFTy calibrados para o modelo de difusão que considera os efeitos de danos de radiação nos cristais, registraram eventos de resfriamento rápido, os quais mostram correlação direta com episódios de reativação e soerguimento na margem continental e com registros nas bacias continentais e marginais. O padrão de aumento das idades com a elevação, assim como da costa em direção ao interior é observado, mas mostra-se alterado pela ocorrência de idades mais jovens associadas à complexa evolução dessa margem continental com desnivelamentos de blocos vinculados à tectônica pós-rift, numa situação que ressalta a influência dos episódios de reativação. As estimativas de denudação total variam entre 1,2 e 2,8 km. As taxas de erosão variam entre 15,2 e 35,3 m/Ma. A evolução da área indica não apenas a influência de um evento específico mas, possivelmente, uma combinação de episódios que se alternaram e/ou atuaram em conjunto em determinados períodos. Os eventos de reativação mais antigos, combinados com os mais recentes, exibem os seus remanescentes na paisagem (serras da Mantiqueira e do Mar e os grábens e bacias sedimentares) e assumem papel fundamental na evolução da área. Os registros de tais episódios podem ser observados nas histórias térmicas das rochas e nos depósitos correlativos nas bacias sedimentares marginais e intracontinentais. / This doctoral dissertation involves low-temperature thermochronologic investigations to constrain the Mesozoic and Cenozoic tectonic reactivation of the continental margin of southeast Brazil. The study area is located in a segment of the Neoproterozoic Ribeira belt in southeastern Brazil, which occupied a central position in Western Gondwana. Lately, during the Mesozoic and Cenozoic, fault zones related to the development of the continental rifts in southeast Brazil reactivated. Using apatite (U-Th)/He thermochronology (AHe), we have presented the results of analysis on 107 apatite crystals of basement samples collected from a NWSE transect in the Mantiqueira Mountains to the Guanabara Graben, as well as from the NESE transverse faults. The data range from 27.07 0.60 Ma to 174.13 3.03 Ma (1 &#963;) for uncorrected ages, and from 43.5 1.9 Ma to 250.1 8.7 Ma (2 &#963;) for corrected ages. The Neo-Cretaceous, Eo-Cretaceous, and Paleocene are the main recorded AHe ages, in order of importance. The Eo-Cretaceous ages indicate the occurrence of older thermal events related to a pre-rifting phase (~121 Ma). The Neo-Cretaceous ages signify the importance of tectonic and magmatic events, and regional uplifting for the thermal history of the study area, including ages related to the Serra do Mar Mountains uplift (~86 Ma). Paleocene ages seem to be related to the reactivation (~65 Ma), which was responsible for the continental rifts in the southeastern Brazil. Finally, the Eocene ages (49.7 Ma and 43.5 Ma), which are from samples restricted to the Resende Basin border faults, indicate a continental rift reactivation. We investigated the age dispersion data, which were interpreted as an effect of radiation damage. Several samples show correlations between apatite (U-Th)/He age and effective U concentration (eU). We have applied HeFTy thermal modeling to obtain timetemperature (t T) paths using a radiation damage diffusion model. Inverse modeling of (U-Th)/He age data suggests rapid cooling episodes for all samples. The main thermal events recorded by the HeFTy models show a direct correlation with the timing of regional tectonic events: reactivation phases, continental margin uplift, and the sedimentary record. Apatite (U-Th)/He ages increase with distance from the coast and with elevation. However, these patterns are discontinued by samples of younger ages as a result of the reactivation process of pre-existing structures in the Brazilian continental margin. The total estimated denudation range from 1.2 to 2.8 km. The erosion rates range from 15.2 to 35.3 m/My. Thus, the multi-episodic thermal events, which led to the formation of important regional tectonic and geomorphological features (Mantiqueira Mountains, Serra do Mar Mountains, grabens, and sedimentary basins), seem to play a fundamental role in the evolution of the Brazilian continental margin. The records can be found in the thermal history of rocks and its correlated deposits in the continental margin.

La zone de déformation compressive des Brooks Range et des British-Barn située entre l’Alaska (Etats-Unis) et la région du Nord Yukon (Canada), en position arrière-arc, se développe dans un contexte cinématique et géodynamique depuis longtemps débattu. L’histoire tectonique du bloc continental Arctique d’Alaska, situé dans l’avant-pays de Brooks Range, est diversement interprétée dans les reconstructions de l’ouverture du bassin canadien. La chaîne de Brooks se développe à partir du Crétacé inférieur et sa mise en place se poursuit au Cénozoïque. Mieux contraindre son histoire d’exhumation, en relation avec le raccourcissement est essentiel dans cette région arctique où la cinématique des plaques, associée à l’ouverture du bassin canadien au Nord, fait l'objet de nombreux modèles géodynamiques controversés. La relation avec la subduction active Pacifique au Sud et les grands décrochements en arrière de la subduction fait de cette chaîne, en position arrière arc, une zone-clef pour affiner les reconstructions géodynamiques régionales et notre compréhension des processus orogéniques. Si le lien n'est pas établi entre la déformation mise en jeu dans cette subduction au Mésozoïque et la déformation dans la chaîne de Books, ce lien est en revanche assez bien documenté à l'heure actuelle. Il est donc légitime d'appréhender les événements sud-alaskans dans l'étude de cette chaîne de Brooks. La croissance de la chaîne au Cénozoïque est également mal comprise. Or, il s’agit d’un exemple quasi-unique de chaîne en milieu arctique active durant le Cénozoïque et qui a donc potentiellement enregistré des bouleversements climatiques majeurs, en l'occurrence depuis l‘optimum climatique à la transition Paléocène-Eocène, le refroidissement Oligocène jusqu’à la mise en place de glaciers et de la calotte nord-américaine au Quaternaire. Cet orogène est donc clef pour étudier voire quantifier l'impact du climat sur la construction topographique nord-alaskane. Ce travail a combiné une étude thermochronométrique basse-température multidatation (FT, (U-Th)/He) dans les massifs granitiques et dans les sédiments, qui ont fait l'objet de modélisation thermo-cinématiques via Pecube, dans le but de contraindre la construction orogénique depuis 100 Ma jusqu’à l’actuel. En parallèle, une approche structurale de terrain (Nord Yukon et Brooks Range) et l'analyse de données de subsurface ont été menées. Les données thermochronologiques, couplées à des analyses thermométriques RSCM et de la modélisation thermique soulignent la mise en place de reliefs au Crétacé supérieur avec une exhumation modérée (0.2 km/Ma) qui se poursuit jusqu'à la fin de l'Eocène, où les taux d'exhumation dans les chaînes de Brooks et British-Barn sont clairemement orogéniques (1.25-1.29km/Ma), et associés à la migration de la déformation vers les bassins adjacents. Ce travail souligne une migration de la déformation du SO vers le NE. Dans les deux segments de la chaîne un événement d'exhumation distinct est identifié à l'Oligocène : celui-ci est clairement associé dans la partie interne de la chaîne de Brooks à la mise en place hors-séquence d'un duplex crustal ; et associé à la migration de la déformation compressive en mer au large de la chaîne de British-Barn. Si le calendrier tectonique est semblable dans ces deux zones d'étude, il existe une différence majeure dans le style de déformation entre ces deux régions. Le front de déformation semble beaucoup plus éloigné de la chaîne et les failles beaucoup plus espacées dans la partie canadienne, éloignement et espacement probablement liés à l’épaisseur de sédiments syn-sédimentaires présents dans le bassin... / The kinematics and geodynamics associated with the compressional deformation in the Brooks Range and British-Barn Mountains, respectively in Alaska (USA) and North Yukon (Canada), in a back-arc setting has long been debated. In particular, the tectonic history of the Arctic Alaska continental block located in the foreland of the Brooks Range has been diversely interpreted in the plate reconstructions proposed for the Canadian basin. The Brooks Range mountain chain develops from the Lower Cretaceous to the Cenozoic. Constraining its exhumational history and its link with shortening evolution is essential in this arctic area where plate tectonics, associated to the Canadian basin opening in the North, has led to controversial geodynamic models. Tectonic coupling with the active Pacific subduction in the south as well as major seismogenic strike-slip faulting make this orogen a key area where to refine the regional plate reconstructions and understanding of orogenic processes. The Cenozoic evolution of the Brooks Mountains is poorly understood although it is a nearly unique example of arctic orogen, which have potentially recorded major climate changes like Paleocene-Eocene Thermal Maximum, the Oligocene cooling and Quaternary glaciations. This orogen is a key to study and quantify the climate impact on the north-alaskan topographic growth. This study combined low-temperature thermochronometry (FT, U-Th/He) on granitic and sedimentary rocks, which were thermo-kinematically modeled using Pecube in order to define the orogenic evolution of this arctic region since 100 Ma. In parallel, a field-based structural study (North Yukon and Brooks Range) was combined with the analysis of subsurface data. Thermochronological data, coupled to thermometric RSCM analyses and thermal modeling first define a slow exhumation period (0.2 km/Ma) from Upper Cretaceous up to the Eocene. With the Eocene, exhumation rates drastically increased to reach 1.25-1.29km/Ma as the deformation also migrates from SW toward NE. In both alaskan and canadian parts of mountains ranges a clear Oligocene exhumational event is identified. This event is linked to out-of-sequence crustal duplexing in the internal part of the range in the Brooks Range, contemporaneous with the propagation of deformation offshore, along British and Barn Mountains...

The kinematics and architecture of orogenic systems may be heavily influenced by climate, but little research has focused on the long-term effects of glacial erosion on orogenesis. Low-temperature thermochronometry and subsidiary structural, earthquake relocation, and offshore seismic reflection data from the St. Elias orogen are the basis for a new architectural model and demonstrate an association between glacial denudation and orogenic evolution. These data show that exhumation and deformation within the St. Elias orogen are focused across a thin-skinned fold and thrust belt on the windward flank, whereas the leeward flank functions as a deformational backstop. A previously unrecognized structure beneath the Bagley ice field separates these domains with south-side-up motion. This structure is interpreted to be a backthrust, making the orogen doubly-vergent. Suggestive of accelerated fault motion in response to climate change, bedrock cooling rates within the hanging wall of the backthrust and across the entire subaerial wedge accelerated ~ten-fold coeval with the onset of intense glacial conditions. Within the orogenic wedge, the zone of highest Quaternary exhumation (5 km/myr (±25%)) is focused around a narrow zone where the glacial equilibrium line altitude (ELA) intersects mean topography. This zone of rapid exhumation, not present prior to the onset of intense glacial conditions, cuts across the structural trend of the orogen and is more narrowly focused than the zone of orographic precipitation. Augmented glacial erosion around glacial ELA also coincided with a regional shift in deformation away from prominent forethrusts including the North American-Yakutat terrane suture (Chugach St. Elias fault) and the seaward deformation front (Pamplona zone). Accelerated denudation across the subaerial wedge thus appears to have forced the redistribution of strain along the backthrust and a series of forethrusts that lie beneath the zone of highest glacial flux, which in turn are systematically truncated by the backthrust. In a cause and effect response, the expansion of glaciers therefore appears to have resulted in an orogen scale structural reorganization and a narrowing of the orogenic wedge to preserve topographic slope. The focusing of long-term erosion around glacial ELA and the structural response of the orogenic wedge to Cenozoic climate change have not previously been observed in a real-world orogenic system and imply a high degree of coupling between climate and tectonics in this glacially-dominated orogen. / Ph. D.

Les orogènes collisionnels sont classiquement décrits comme le résultat de l'accrétion continentale de marges proximales. Cette accrétion conduit à la surrection des reliefs et à l'export important de produits d'érosion dans les bassins d'avant-pays qui les jalonnent. Dans ce schéma géodynamique sont alors uniquement considérés les domaines pré-orogéniques les moins déformés. Pourtant, un nombre croissant d'évidences géologiques de terrain indiquent la conservation voire la réutilisation de structures héritées de la phase extensive précédant la convergence et la collision au coeur des orogènes. À partir de l'étude géo-thermochronométrique de la bordure orientale du domaine hyper-étiré nord-pyrénéen (massif de l'Agly, Zone Nord Pyrénéenne) et de son avant-pays précoce (synclinal de Rennes-les-Bains, Bassin Aquitain), cette thèse a pour objectifs de décrire l'évolution d'une marge distale au cours des premiers stades de convergence, de quantifier les processus source-réceptacle associés et d'apporter des contraintes temporelles et paléogéographiques quant à la création des tout premiers reliefs pyrénéens issus de son inversion. Grâce à l'utilisation du multi-thermochronomètre (U-Th)/He sur zircon et apatite, deux épisodes de refroidissement sont mis en évidence dans le prisme nord-pyrénéen (Campano-Maastrichtien et Eocène), chacun d'eux synchrone d'une phase de subsidence dans le bassin d'avant-pays. J'ai ainsi pu proposer un modèle équilibré d'évolution d'une marge distale hyper-amincie par inversion de structures héritées, chevauchements de socle et sous-placage continental se matérialisant par une signature thermochronologique claire de refroidissement sans érosion au début de la convergence. L'absence d'enregistrement de refroidissement au Paléocène par l'arrêt prématuré de l'inversion précoce dans le prisme nord-pyrénéen indique l'absence significative d'érosion et la position bordière de ce prisme par rapport à un édifice déjà construit plus à l'est à cette époque. Pour caractériser cet édifice aujourd'hui disparu du fait de l'ouverture du Golfe du Lion, j'ai utilisé une approche détritique de double datation in situ (U-Th)/He - U/Pb sur zircon et mis en évidence une histoire de dénudation rapide pendant le Campano-Maastrichtien, caractéristique de la création d'une topographie précoce. Ce travail montre pour la première fois clairement la migration progressive de la déformation d'est en ouest par l'inversion de structures héritées au début de la convergence pyrénéenne, ce qui suggère l'existence d'un domaine ouvert à l'est à la fin de l'épisode extensif précédant la convergence. Cette étude met en avant le rôle de l'architecture des systèmes hyper-amincis dans la formation des orogènes collisionnels et confirme les liens étroits existant entre un orogène et ses bassins d'avant-pays. / Collisional orogens are classically described as the result of continental accretion of proximal margins. This accretion leads to the creation of relief and to the important export of erosion products in the directly adjacent foreland basins. In this geodynamic scheme, only the least deformed pre-orogenic domains are considered. However, a growing number of geological field evidences indicate the preservation or even the reuse of structures inherited from the rifting phase preceding convergence and collision within orogens. By conducting a geo-thermochronometric study of the easternmost, inverted hyperextended Aptian-Cenomanian rift system (Agly massif, North Pyrenean Zone) and the adjacent early retroforeland (Rennes-les-Bains syncline, Aquitaine Basin), this thesis aims to describe the evolution of a distal rifted margin during the first stages of convergence, to quantify the associated source-to-sink processes and to provide temporal and paleogeographic constraints regarding the creation of the very first Pyrenean reliefs resulting from inversion of the margin. Using the zircon and apatite (U-Th)/He multi-thermochronometers, I show that the Pyrenean retro-wedge records two clear phases of orogenic cooling, Late Campanian-Maastrichtian and Ypresian-Bartonian, which I relate to early inversion of the distal rifted margin and main collision, respectively. I have thus been able to propose a crustal-scale sequentially restored model for the tectonic and thermal transition from extension to peak orogenesis in the eastern Pyrenees, which suggests that both thrusting and underplating processes contributed to early inversion of the Aptian-Cenomanian rift system. The absence of Paleocene cooling record indicates little to no erosion of the Pyrenean retro-wedge, suggesting the existence of a more easterly source area supplying early retroforeland sediments at this time. To characterize this eastern edifice, which has since been destroyed by the Oligocene-Miocene opening of the Gulf of Lion, I used in situ (U-Th)/He - U/Pb double dating on detrital zircons and show rapid denudation rates during early convergence, characteristic of early topographic growth. This work shows for the first time clearly the progressive migration of deformation from east to west by inversion of inherited structures at the beginning of Pyrenean convergence. This suggests the existence of an open domain in the east at the end of the rifting phase preceding convergence. This study highlights the role of the architecture of hyper-thinned systems in the formation of collisional orogens and confirms the close links between an orogen and its foreland basins.

The Aegean is a classic setting for studying exhumation of high-pressure (HP) metamorphic rocks. Two end-member models are proposed to explain the uplift of these rocks: core-complex style extension along low-angle normal faults and extrusion-wedge uplift. Extrusion-wedge underplating is the mechanism that exhumed HP rocks on Evia whereas Tinos hosts several detachments varying in age from 30-9 Ma. Andros, situated between them, may be the geological manifestation of the interplay of these processes and provides an opportunity to test these models. Detachments on NW Tinos and on Andros and the enigmatic low-angle Makrotantalon Unit contact on Andros were insufficiently dated prior to this study. Geo- and thermochronometrycombined with structural observations from sampling transects in the transport direction from (1) lower plate Cycladic Blueschist Unit on Andros and Tinos, (2) middle plate Makrotantalon Unit on Andros, and (3) hanging wall Upper Unit address these issues. Maximum depositional ages from detrital zircon U-Pb geochronometry and structures reveal Paleocene-Eocene syn-HP metamorphism thrusting resulted in an inversed-age relationship between the Permian Makrotantalon Unit and the underlying Triassic-Eocene Cycladic Blueschist Unit on Andros. The Makrotantalon Unit has an internal inversed stratigraphy whereas the Cycladic Blueschist Unit on Andros and Tinos appear stratigraphically intact. Structures and zircon and apatite (U-Th)/He ages in transects from NW Tinos (~12-8 Ma) and central Andros Cycladic Blueschist Unit (~13-7 Ma) indicate rapid cooling due to exhumation associated with the Livada Detachment. Older cooling ages (~16-10 Ma) and structures in the Makrotantalon Unit indicate later brittle strain localization on the Makrotantalon Thrust contact is accommodated by rheologically weaker serpentinites and calc-schists, resulting in slivering of the footwall under the Livada Detachment on Andros. Estimated mean cooling slip rates of the Livada Detachment on Andros of ~3.8 (+1.2/-1.3) km/Myr and 2.1 (+0.2/-0.2) km/Myr on NW Tinos resulted in minimum vertical exhumations of 15 km and 4 km, respectively. The NCDS here accommodated ~12-25% of 60 km of HP-rock exhumation from ~30-7 Ma. We present a tectonic model to elucidate the evolution of the Makrotantalon Unit and the magnitude, temporal, and spatial variability of exhumation via detachments on these islands. / text

Ce mémoire présente une étude pluridisciplinaire, structurale, pétrologique et géochronologique multiméthodes (Ar-Ar, traces de fission, (U-Th)/He et cosmogénique 10Be) permettant de contraindre les processus tectoniques (enfouissement, exhumation, faille active,...) depuis la croûte moyenne jusqu'en surface dans l'arc alpin Sud-Occidental. (i) L'étude thermo-barométrique et Ar-Ar des zones de cisaillement montre que le massif de l'Argentera-Mercantour et sa couverture attachée permienne ont subi une histoire tectono-métamorphique similaire avec un pic d'enfouissement à 15-18 km autour de 34 Ma en relation avec le sous-charriage sous les unités métamorphiques internes. L'exhumation du massif (0.8mm/an) s'effectue en deux temps témoignant d'une transition entre une tectonique transpressive puis transtensive durant le Miocène (26 à 4 Ma) en relation avec le poinçonnement N-S mantellique (Corps d'Ivrée) et les mouvements rotationnels de la plaque adriatique. (ii) La couverture sédimentaire est raccourcie et se deplace vers le Sud et ce durant tout le Miocène (23-8Ma). Ce déplacement est directement relié à la dynamique d'exhumation du massif cristallin externe de l'Argentera-Mercantour, la pente résultant du soulévement est favorable au découplage et au glissement de la couverture sédimentaire sus-jacente. De plus, le saut métamorphique entre le massif cristallin et la couverture sédimentaire ainsi que leur relation structurale conduit au concept de substitution de socle. (iii) Après 8 Ma, socle et couverture sont couplés comme l'indiquent des ages AFT identiques dans la couverture et le socle. La tectonique récente affectant à la fois la couverture et le massif de l'Argentera-Mercatour est caractérisée par un système principal décrochant N140°, et N-S extensif minoritaire, à l'origine de mouvements transtensifs dans la région de l'Embrunais-Ubaye. L'initiation de ce jeu normal à 4-5Ma est contrainte par les âges AHe sous la faille du Camp des Fourches. (iv) Ce sytème de faille toujours actif (sismicité et activité gravitaire associée) rend compte de ~40-60% de la rotation de la plaque adriatique. Il est mis en évidence par des morphologies glaciaires Holocènes décalées, datées par la méthode 10Be à 12-13 ka, les surfaces de failles étant datées à 11-8 ka, et les glissements gravitaires à 10-2 ka.