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.

Cette thèse présente les résultats d'une étude de l'histoire à long terme (Miocène – actuel) de l'exhumation des Andes vénézuéliennes, ses rapports avec des structures héritées et le développement de la topographie en réponse à la tectonique et les processus de surface. Les Andes vénézuéliennes constituent un exemple idéal pour étudier les rapports entre ces processus. Elles montrent des inversions et réactivations de structures pré-existantes et sont associées à un gradient climatique majeur dû à l'effet orographique de la chaîne. Par ailleurs, de nombreuses données sont disponibles concernant leur récente évolution tectonique. Cette chaîne de montagne résulte de la transpression causée par la convergence oblique du bloc continental de Maracaibo et de la plaque Amérique du Sud contrôlée, à plus grande échelle, par la jonction triple entre les plaques Amérique du Sud, Caraïbe et Nazca. La cinématique complexe de cette interaction triple et l'évolution continue des structures qui y sont liées, couplée avec les processus de surface, ont profondément affecté l'évolution des Andes vénézuéliennes. Une base de données thermochronologiques de basse température est présentée dans cette thèse, composée de 47 nouveaux âges par traces de fission sur apatite (AFT): 24 échantillons in-situ provenant du substratum rocheux, 15 échantillons de sédiments synorogéniques et 8 échantillons de sédiments de rivières actuelles. La base de données a été augmentée de 27 âges AFT du substratum rocheux et 10 âges AFT existants ont été révisés, ces derniers 37 âges ayant été fournis par B.P Kohn (Université de Melbourne, Australie). Les âges AFT ont été convertis en taux d'exhumation à long terme en utilisant des modélisations numériques de l'évolution thermique. Les analyses des données AFT in-situ ont permis de délimiter sept blocs tectoniques avec des histoires d'exhumation variables à travers les Andes Vénézuéliennes. Les blocs de Caparo et de Valera sur les deux extrémités de la chaîne, qui ont été séparés par le mouvement dextre de la faille du Boconó, montrent des âges entre 7 et 27 Ma et entre 11 et 145 Ma respectivement. Ces blocs représentent des zones d'exhumation relativement lente. Dans la partie centrale des Andes Vénézuéliennes, les âges AFT des blocs de la Sierra La Culata (5-8 Ma), d'El Carmen (2-3 Ma) et de la Sierra Nevada (5-8 Ma) enregistrent une exhumation majeure récente qui répond à la transpression et l'érosion au long du système de failles du Boconó. Sur les deux flancs de la chaîne, les âges AFT dans le bloc d'El Escalante (5-6 Ma) au nord, et le bloc chevauché du Cerro Azul (5-8 Ma âge AFT) au sud indiquent une phase de compression importante, à l'origine de la structure à double vergence des Andes vénézuéliennes, pendant le Miocène Supérieur. Les analyses AFT sur apatite détritique dérivé de l'échantillonnage des rivières actuelles ont permis a) d'extrapoler les âges in-situ à travers les Andes vénézuéliennes, b) de déterminer la provenance des sédiments, et c) d'analyser les rapports entre taux d'exhumation et les facteurs de contrôle potentiels. Les résultats indiquent une forte corrélation entre le relief et le taux d'exhumation à long terme mais une absence de corrélation entre les taux d'exhumation à long terme et les précipitations actuelles ou la libération d'énergie sismique (mesurées au cours des 20 dernières années), indiquant que le contrôle de la tectonique et / ou des processus climatiques sur l'exhumation ne peut être distingué d'une manière simple. L'analyse AFT sur des sédiments syn-orogéniques des bassins d'avant-pays de Maracaibo et de Barinas ont permis d'établir un schéma de l'exhumation depuis le Miocène tardif jusqu'à l'actuel. Des analyses Rock-Eval sur sédiments Mio-Pliocènes montrent que ces séries n'ont pas été enfouies plus profondément que la zone de recuit partiel des AFT (PAZ), au moins sur les sections étudiées. Des âges AFT jeunes dans des échantillons provenant de la Formation Parángula sur le flanc sud indiquent que cette formation a probablement un âge Miocène moyen, nettement plus jeune que précédemment admis. Les données AFT combinées avec des analyses palynologiques révèlent que la Formation Pliocène de Betijoque sur le flanc nord correspond à la partie supérieure de la Formation Río Yuca au sud des Andes vénézuéliennes.