Water security requires that sufficient quantities of water be available at critical times. This is particularly challenging for high-intensity urban and agricultural settings. In underdeveloped nations, streamflow is commonly the preferred water source, as it is readily available and delivered cost-free to users. Yet, the sources of these critical streamflows are often unknown. This issue is salient in the Northern Andes, where basic knowledge of controlling factors for the quantity, quality, and timing of runoff is lacking. High-elevation headwaters are the primary catchment areas in the Northern Andes, but the extent of water providing to municipalities in the Northern Andes is unknown. In this study, the contribution of water derived from the upper watershed to the streamflow in the Tulúa River which supplies water to 200,000 people in the city of Tulúa was quantified. The river runs 72 km through urban, agricultural, and industrial land use in the Central Cordillera of the Colombian Andes. We collected 32 and 34 water samples in August and November, respectively. The water samples were representative of high-elevation headwaters runoff, shallow groundwater discharge, and streamflow throughout the watershed. Samples were analyzed for dissolved constituents and stable isotopes. The dissolved constituents were used in mass-balance mixing models to identify the source of streamflow in the lower watershed of the Tulúa River, where it the river supports a large municipality. Results indicate that approximately 50% surface runoff largely originates as high-elevation headwater runoff, including high-elevation settings where páramos dominate the land cover. These findings underscore the need for source-water protection efforts in the upper watershed, including the páramos. This project serves as a model for other páramo derived watersheds, where source-water protection is a critical challenge.

Dans les Andes, des sociétés pastorales spécialisées dans l'élevage multi-espèces d'alpagas, de lamas, d'ovins et de bovins occupent la puna, étage situé au-dessus de 4300 mètres d'altitude, où les contraintes bioclimatiques interdisent toute culture. La production de fibre d'alpaga destinée au marché international constitue la principale ressource de populations peu denses, dispersées auprès de leurs troupeaux. L'obligation de circuler s'impose à tous, pour accéder aux ressources fourragères comme pour échanger les produits ou acquérir des denrées alimentaires. Ces sociétés, en pleine transition démographique et exposées au réchauffement climatique, se trouvent aujourd'hui confrontées à une raréfaction des ressources disponibles par personne alors qu'en parallèle un désenclavement progressif favorise la diffusion de la modernité. Adopter des pratiques optimisant les systèmes d'élevage sans mettre en péril les ressources et concilier les impératifs pastoraux de dispersion avec les nécessités de densification et de regroupement dans les centres constituent les principaux dilemmes qu'elles doivent affronter. Cette thèse étudie donc les conditions de la flexibilité des sociétés pastorales, c'est-à-dire leur capacité à répondre à ces nouvelles tensions. Les données, issues d'une longue enquête de terrain dans le sud du Pérou, sont adossées au concept de système de peuplement. Il intègre dans une même interprétation systémique l'étude des modalités d'utilisation des ressources, celle des relations sociales, les conditions de mobilité et celles de résidence. La mise en lumière de ses ressorts dévoile d'une part que de nouvelles pratiques d'élevage optimisantes, issues de modèles de développement importés ou de l'inventivité des groupes locaux sont adoptées. La création de nouveaux réseaux de collaboration favorise, d'autre part, les économies d'échelle et permet, par une multirésidentialité et une multiplication des déplacements basés sur un éclatement familial, d'accéder à de nouvelles ressources. L'étude comparative que l'on conduit souligne la diversité des formes de flexibilité. Elle met en évidence l'augmentation des possibles techniques et analyse les facteurs conduisant les pasteurs à n'employer que telle ou telle partie de la panoplie.

L'étude géomorphologique et thermochronologique menée en Patagonie centrale montre l'influence de la subduction de la dorsale du Chili sur la dynamique de surface. Depuis 14 Ma, la migration vers le nord du point triple entre plaques Nazca, Antarctique et Amérique du Sud s'accompagne d'un soulèvement de grande longueur d'onde. Celui-ci affecte les Andes de Patagonie, où les âges (U-Th)/He sur apatite sont plus jeunes au sud du point triple (~7-5 Ma) qu'au nord, mais aussi le bassin à l'est de la chaîne, où les terrasses mises en place depuis le Miocène moyen ont subi des basculements N-S de ~0,1-0,2%. Ces valeurs correspondent à celles prévues par des calculs analytiques de topographie dynamique. Des modèles analogiques du processus de subduction montrent les interactions entre processus profonds et dynamique de surface : nous observons un lien entre changement de pendage du slab et déformation de la plaque supérieure, et étudions les phénomènes liés à l'ouverture d'une fenêtre de slab.

Par le biais d'analyses précises des déséquilibres radioactifs des séries de l'uranium, permises par des améliorations effectuées aussi bien au niveau de l'acquisition des données par spectrométrie de masse qu'au niveau de la qualité de la chimie, deux grandes questions ont été abordées et des réponses au sujet des périodes de glaciation en Islande et la pétrogenèse des laves Andines ont été proposées. <br />Deux méthodes ont été utilisées pour permettre la datation de coulées de laves de la péninsule de Reykjanes et de l'île d'Heimaey, en Islande, directement en rapport avec les périodes de déglaciation ou de réchauffement autour de la dernière période glaciaire. Une méthode originale basée sur l'utilisation des veines de ségrégation présentes dans les coulées de laves a été mise au point. Cet objet géologique particulier permet de s'affranchir des xénocristaux lors de l'application de la méthode de l'isochrone interne dans le système 238U-230Th, du fait même de son mode de formation. Grâce à cette méthode et à son utilisation sur une coulée de lave de la région de Reykjanes et une coulée au nord de l'île d'Heimaey des contraintes sont apportées à la fois sur la géologie quaternaire de la région de Reykjavik et sur l'âge de la fin de la glaciation de Würm sur l'île d'Heimaey. En parallèle, l'homogénéité des laves historiques et holocènes de la péninsule de Reykjanes, en ce qui concerne les rapports (230Th/232Th) et Th/U, a permis de dériver dans le temps le rapport (230Th/232Th) pour déterminer l'âge de coulées datant de la période glaciaire. Ainsi il a été confirmé que l'excursion magnétique enregistrée dans la coulée de Skálamælifell est très probablement la même que celle de Laschamp-Olby et qu'à cette époque (environ 48.000 ans) le glacier, recouvrait la péninsule de Reykjanes. Par cette même méthode l'étendue du glacier a également été contrainte par la datation d'un bouclier de picrite aux environs de 22.000 ans, âge, pourtant en pleine glaciation, où la péninsule devait être libre de toute chape de glace.<br />Dans un deuxième temps, la pétrogenèse des laves de l'arc Andin a été contrainte dans le temps et l'espace. Des excès quasiment systématiques de 226Ra par rapport à 230Th dans les laves des zones volcaniques australes, sud et nord des Andes (AVZ, SVZ et NVZ) nous renseignent sur le temps de remontée des magmas après leur formation qui est nécessairement rapide (moins de 8.000 ans pour conserver ces déséquilibres). Un lien a également pu être fait entre l'activité éruptive et les excès de 238U (et dans une moindre mesure 226Ra) par rapport à 230Th. Cette observation suggère que les volcans les plus actifs (Villarrica et Llaima pour la SVZ) sont ceux dont la source est la plus enrichie en fluides, provenant de la plaque subduite et des sédiments qui la couvrent, lors de la fusion partielle du coin de manteau et que les déséquilibres nous renseignent sur le contexte géodynamique à l'échelle régionale. Enfin l'étude plus fine de volcans particuliers (Nevado de Longavi (SVZ) et Guagua Pichincha (NVZ)), suggère que les déséquilibres radioactifs des séries de l'uranium enregistrent l'évolution d'un volcan. Ainsi l'histoire complexe du Nevado de Longavi peut être appréhendée par cette approche et les signaux particuliers de ce volcan peuvent être traduits en terme de variation de fusion partielle de la source, cristallisation fractionnée ou contamination crustale. Dans le cas du Guagua Pichincha c'est la source du volcanisme adakitique qui pourra être discutée grâce à l'étude des excès de 238U et 226Ra par rapport à 230Th et un modèle de formation d'adakites par fusion partielle du coin de manteau hydraté puis cristallisation de grenat à haute pression sera proposé.

Le magmatisme a lieu principalement aux limites des plaques lithosphériques, où la déformation tectonique peut être importante. Afin d'étudier les interactions mécaniques entre la tectonique compressive et le magmatisme, nous avons développé une nouvelle technique expérimentale, dans laquelle un fluide (simulant les magmas) est injecté dans de la poudre de silice (simulant la croûte) en raccourcissement. Une première série d'expériences, dans laquelle la poudre de silice est homogène, montre que la présence de magmas induit la formation de chevauchements arqués et d'un plateau non déformé. Inversement, la déformation favorise la mise en place horizontale des magmas, et contrôle leur mise en place relativement passive dans un espace accommodé par la surrection tectonique du plateau. Dans une seconde série d'expériences, nous avons introduit des hétérogénéités dans la poudre de silice, afin de simuler une stratification. Nous montrons que les hétérogénéités peuvent contrôler la mise en place des magmas à l'interface entre les niveaux de comportements différents. Afin de valider nos résultats expérimentaux, les expériences sont comparées à un exemple naturel, le volcan Tromen en Argentine. Au cours de trois missions sur le terrain, nous avons effectué une étude cartographique, structurale et géochronologique du Tromen. Nous montrons que le contexte tectonique du Tromen pendant sa période d'activité volcanique était compressif. De plus, les résultats obtenus montrent des similitudes entre les structures observées sur le Tromen et celles obtenues dans nos expériences (chevauchements arqués, plateau peu déformé) validant ainsi nos résultats expérimentaux. Enfin, les structures obtenues dans nos expériences montrent également des similitudes avec les structures observées dans les Andes Centrales à l'échelle crustale. Cette comparaison nous permet de proposer un nouveau modèle de formation des hauts plateaux, tels l'Altiplano et le Tibet, qui demeurent de grandes énigmes géologiques.

Une étude paléomagnétique et structurale au nord du Chili met en évidence que le remplissage sédimentaire du bassin d'Atacama s'est accumulé dans un contexte compressif depuis le Crétacé Supérieur. Les données paléomagnétiques montrent des rotations horaires et suggèrent qu'une zone de cisaillement transpressif dextre NE-NNE a contrôlé les rotations pendant le Paléogène. Une étude de restauration en carte de la déformation des Andes Centrales indique que la formation de l'orocline est principalement associée à la déformation de la Cordillère Orientale. La variabilité spatiale et la grande quantité des rotations dans la marge chilienne suggèrent deux épisodes de rotation, un épisode de rotation dans l'avant arc au cours du Paléogène et une rotation globale de toute la marge pendant la déformation de la Cordillère Orientale. En conclusion les résultats de cette étude démontrent que la déformation compressive et les rotations tectoniques sont des éléments clef de la déformation Andine.

Les Andes constituent l'une des plus hautes chaînes de montagnes du globe et se développent en contexte de marge active, à l'aplomb de la zone de subduction de la plaque océanique de Nazca sous la plaque continentale sud-américaine. Dans les Andes centrales, le développement de l'Altiplano-Puna apparaît en contexte non collisionel. La convergence oblique de la plaque Nazca par rapport à l'Amérique du Sud contribue à segmenter la chaîne andine du Nord au Sud en secteurs marqués par des conditions cinématiques différentes et séparés par des zones de transfert. L'Altiplano-Puna est limité au Sud par la zone de transfert de Tucuman (TTZ). Cette transition entre la Puna et les Sierras Pampeanas (27°S) coïncide avec (1) un rétrécissement de la haute chaîne, (2) une réduction de l'inclinaison de la subduction et (3) une lacune de volcanisme cénozoïque entre 27°S et 33°S. Les Sierras Pampeanas sont formées d'une alternance de chaînons de socle cristallin et de bassins continentaux compressifs d'âge néogène. L'étude structurale et cinématique de la région (analyse des populations de failles) est complétée par une étude paléomagnétique et par la restauration numérique en carte. Cette étude montre (1) une composante décrochante dextre le long de la TTZ à laquelle sont associées des rotations horaires de blocs, et (2) la superposition de deux champs de déformation. Le raccourcissement NO-SE traduit un effet local du plateau et compatible avec le décrochement dextre le long de la TTZ, et le raccourcissement E-O est parallèle à la convergence. La zone transpressive dextre accommode (1) les variations d'épaississement crustal entre la Puna et les Sierras Pampeanas et (2) les changements de style structural dans l'avant-pays andin entre la zone plissée sub-andine et la tectonique de socle dans les Sierras Pampeanas. Le degré de déformation interne des bassins, l'épaisseur des dépôts et la quantité de raccourcissement augmentent depuis l'avant-pays vers la Puna. Ceci indique que les bassins compressifs contribuent de façon non négligeable à l'épaississement crustal. Les caractéristiques des dépôts détritiques traduisent l'accroissement de l'activité tectonique dans la région depuis IOMa.

L'Altiplano est un haut plateau caractéristique des Andes Centrales entre 10°S et 27°S. C'est un bassin original de par ses dimensions et sa position dans un contexte orogénique. Il constitue un bassin sédimentaire intramontagneux qui a enregistré les étapes de la déformation de l'orogène andin. L'étude a pour objectif de proposer un modèle évolutif du bassin et de ses bordures. Nous avons pris en compte les données de la géophysique et de géologie (tectonique, sédimentation, géomorphologie). Nous nous sommes intéressés aux relations tectonique-érosion-sédimentation qui représentent les trois variables principales pour résoudre l'équation régissant la genèse et le fonctionnement d'un bassin continental déformé. L'étude lithostratigraphjque des séries tertiaires permet de proposer un agencemern en six séquences pour les formations tertiaires de l'Altiplano : Séquence 1 : Eocène-Ologocène inférieur ; 2 : Oligocène supérieur-Miocène inférieur ; 3 : Miocène moyen 4 : Miocène supérieur; 5 : Pliocène inférieur ;6 : pliocène supérieur-Pléistocène. Le découpage séquentiel de la série stratigraphique permet de mettre en place un diagramme chrono-stratigraphique de la sédimentation tertiaire sur l' Altiplano et ses bordures qui met en évidence les variations des espaces de sédimentation. L'étude structurale montre que les déformations compressives sur l'Altiplano sont principalement issues d' une tectonique tangentielle de couverture et/ou de dans les parties centraIes et orientales et d' une tectonique de réactivation de failles de socle dans les parties occidentales. L'analyse détaillée des dispositifs, à partir de sismique réflexion, a mis en évidence la présence d'hétérogénéités tectoniques ou sédimentaires qui ont influencé les formations compressives andines. La répartition et les orientations de ces hétérogénéités permettent de proposer un nouvel agencement tectonique de l' Altiplano, La structuration des Andes Centrales est liée à deux processus majeurs qui sont l' épaississement crustal tectonique et l'épaississement par sous-plaquage de matériel crustaI érodé. Ces processus sont les conséquences des mécanismes de raccourcissement tectonique et d'érosion crustale de la marge Chilienne qui permettent l'accomodation du déplacement aux limites, lié à la cinématique d'ouverture de l'Altlantique. La compétition entre les deux mécanismes permanents aux limites du système andin (ouverture de l'Atlantique à l' Est et érosion crustale à l'Ouest) détermine l'activation du raccourcissement crustaI. Dans ce contexte, les Andes centrales ne sont des chaînes de subduction que par le contrôle qu'exerce la surface de subduction sur les modalités des variations du phénomène d'érosion crustale.

Les Andes vénézuéliennes forment une chaîne intracontinentale orientée N50°E qui commence à se soulever au Miocène moyen sous un régime de contrainte E-W lié à la convergence entre le Bloc de Maracaïbo et le bouclier Guyanais (conséquence de la subduction de la plaque Nazca sous l'Amérique du Sud). La convergence oblique est responsable d'un partitionnement de la déformation accommodée entre des chevauchements externes, le long des deux bassins d'avant pays, et le décrochement dextre de Boconó orientée N50°E et traversant la chaîne sur toute sa longueur. Dans sa partie septentrionale, la faille décrochante sénestre de Valera se connecte à la faille de Boconó au niveau d'un point triple, individualisant ainsi le Bloc de Trujillo qui s'échappe vers le NNE. Bien que la géologie des Andes de Mérida soit relativement bien décrite en surface, sa structure profonde n'est pas connue. Notre travail consiste à mieux contraindre la géométrie des failles en profondeur ainsi que l'évolution structurale de la chaîne à partir d'observations géologiques, de l'interprétation d'images de satellites et de données géophysiques. Afin de connaître l'âge d'activation de la faille de Boconó, nous avons étudié le remplissage du bassin de La González. Nous avons également réalisé des coupes géologiques équilibrées pour expliquer le fonctionnement en profondeur du partitionnement de la déformation. A partir de la trace en surface des failles de Boconó et de Valera, nous avons réalisé un modèle géologique 3D de l'échappement du Bloc de Trujillo permettant de comprendre l'importance de ce processus au sein de l'orogène.

The Ecuadorian páramo is characterized by unique soil properties that allow the ground to hold large amounts of water. These páramo grasslands support Andean cities and communities as a source of water for municipal, industrial, and agricultural use. Although recent research has suggested that changes in land use can decrease the amount of water and affect the water-holding capabilities of the soil, the hydrologic effects of different land uses, including burning for livestock grazing and pine planting for carbon credits, are currently under debate. This research tested hypotheses about moisture-related properties of páramo soils under different land uses at two study areas in Ecuador. Bulk density, volumetric water content, water retention, and general physical properties were identified and compared between sites at those study areas. Soil structure differed between pine sites and other sites at both study areas, and moisture consistency differed between pine and other sites at the Mazar Wildlife Reserve. Volumetric water content values were high (mean of 86% at one Mazar site) but the pine sites contained less water by volume than the other sites. Water retention data showed that the surface horizons of all sites at both study areas require more pressure to release moisture than the subsurface horizons. Compared to other sites studied, the pine sites from both study areas have lower gravimetric water contents at saturation through -6.0 kPa. Different burning regimes do not appear to affect soil properties, in-situ moisture content, or water-retention capacity. The introduction of pine plantations in the páramo at both study areas appears to have lowered soil moisture contents and reduced bulk density in the soil profile. This research adds to a growing group of studies that show that changes in land management can affect the hydrological properties of soils.