The seismically active Alborz mountains of northern Iran are an integral part of the Arabia-Eurasia collision. Linked strike-slip and thrust/reverse-fault systems in this mountain belt are characterized by slow loading rates, and large earthquakes are highly disparate in space and time. Similar to other intracontinental deformation zones such a pattern of tectonic activity is still insufficiently understood, because recurrence intervals between seismic events may be on the order of thousands of years, and are thus beyond the resolution of short term measurements based on GPS or instrumentally recorded seismicity. This study bridges the gap of deformation processes on different time scales. In particular, my investigation focuses on deformation on the Quaternary time scale, beyond present-day deformation rates, and it uses present-day and paleotectonic characteristics to model fault behavior. The study includes data based on structural and geomorphic mapping, faultkinematic analysis, DEM-based morphometry, and numerical fault-interaction modeling. In order to better understand the long- to short term behavior of such complex fault systems, I used geomorphic surfaces as strain markers and dated fluvial and alluvial surfaces using terrestrial cosmogenic nuclides (TCN, 10Be, 26Al, 36Cl) and optically stimulated luminescence (OSL). My investigation focuses on the seismically active Mosha-Fasham fault (MFF) and the seismically virtually inactive North Tehran Thrust (NTT), adjacent to the Tehran metropolitan area. Fault-kinematic data reveal an early mechanical linkage of the NTT and MFF during an earlier dextral transpressional stage, when the shortening direction was oriented northwest. This regime was superseded by Pliocene to Recent NE-oriented shortening, which caused thrusting and sinistral strike-slip faulting. In the course of this kinematic changeover, the NTT and MFF were reactivated and incorporated into a nascent transpressional duplex, which has significantly affected landscape evolution in this part of the range. Two of three distinctive features which characterize topography and relief in the study area can be directly related to their location inside the duplex array and are thus linked to interaction between eastern MFF and NTT, and between western MFF and Taleghan fault, respectively. To account for inferred inherited topography from the previous dextral-transpression regime, a new concept of tectonic landscape characterization has been used. Accordingly, I define simple landscapes as those environments, which have developed during the influence of a sustained tectonic regime. In contrast, composite landscapes contain topographic elements inherited from previous tectonic conditions that are inconsistent with the regional present-day stress field and kinematic style. Using numerical fault-interaction modeling with different tectonic boundary conditions, I calculated synoptic snapshots of artificial topography to compare it with the real topographic metrics. However, in the Alborz mountains, E-W faults are favorably oriented to accommodate the entire range of NW- to NE-directed compression. These faults show the highest total displacement which might indicate sustained faulting under changing boundary conditions. In contrast to the fault system within and at the flanks of the Alborz mountains, Quaternary deformation in the adjacent Tehran plain is characterized by oblique motion and thrust and strike-slip fault systems. In this morphotectonic province fault-propagation folding along major faults, limited strike-slip motion, and en-échelon arrays of second-order upper plate thrusts are typical. While the Tehran plain is characterized by young deformation phenomena, the majority of faulting took place in the early stages of the Quaternary and during late Pliocene time. TCN-dating, which was performed for the first time on geomorphic surfaces in the Tehran plain, revealed that the oldest two phases of alluviation (units A and B) must be older than late Pleistocene. While urban development in Tehran increasingly covers and obliterates the active fault traces, the present-day kinematic style, the vestiges of formerly undeformed Quaternary landforms, and paleo earthquake indicators from the last millennia attest to the threat that these faults and their related structures pose for the megacity. / Das seismisch aktive Elburs Gebirge im Nordiran ist Bestandteil der Arabisch-Eurasischen Kollisionszone. Gekoppelte Blattverschiebungs- und Überschiebungssysteme dieses Gebirges zeichnen sich durch geringe Spannungsaufbauraten aus. Dementsprechend treten große Erdbeben räumlich und zeitlich weit verteilt voneinander auf und Wiederkehrperioden solcher Erdbeben können tausende von Jahren dauern und wurden noch nicht von kurzzeitigen Messmethoden, wie GPS oder instrumenteller Seismologie erfasst. Diese Arbeit überbrückt verschiedene Zeitskalen. Diese Studie beinhaltet insbesondere Auswertungen struktureller und geomorphologischer Kartierungen, störungskinematische Analysen, auf digitalen Höhenmodellen basierende Morphometrie und numerische Modellierung von Störungsinteraktion. Um das lang- und kurzfristige Verhalten solcher komplexen Schwächezonen besser zu verstehen, benutze ich geomorphologische Oberflächen als Deformationsmarker und datiere alluviale und fluviatile Oberflächen mittels kosmogener Nuklide (TCN, 10Be, 26Al, 36Cl) und optisch stimulierter Lumineszenz (OSL). Mein Untersuchungsgebiet umfasst die seismisch aktive Mosha-Fasham Störung (MFF) und die als seismisch quasi inaktiv geltende Nordteheranstörung (NTT), die sich in unmittelbarer Nähe zum Teheraner Ballungsgebiet befinden. Die Ergebnisse zeigen, dass sich das Deformationfeld mit der Zeit verändert hat. Die störungskinematischen Daten haben ergeben, dass NTT und MFF bereits seit einer früheren dextral-transpressionalen Phase unter NW-gerichteter Einengung mechanisch gekoppelt sind. Dieses System wurde von pliozäner und bis heute andauernder NE-gerichteter Einengung ersetzt, woraufhin sich Überschiebungen und linkslaterale Blattverschiebungen herausbildeten. Während dieses kinematischen Wechsels wurden NTT und MFF reaktiviert und in ein beginnendes transpressionales Duplexsystem eingebunden, welches die Landschaftentwicklung in diesem Teil des Gebirges signifikant beeinflusst hat. Zwei von drei ausgeprägten topographischen Besonderheiten des Untersuchungsgebietes können direkt mit deren Lage in der Duplexanordnung in Verbindung gebracht werden und spiegeln Interaktion zwischen den östlichen Segmenten von NTT und MFF, bzw., zwischen dem westlichen Segment der MFF und der parallelen Taleghan Schwächezone wider. Um diejenige Topographie auszuweisen, die möglicherweise aus der vorhergehenden Phase vererbt wurde, wurde ein neues Konzept tektonischer Landschaftscharakterisierung benutzt. Einfache Landschaften sind unter dem Einfluß gleichbleibender tektonischer Randbedingungen entstanden. Dagegen enthalten zusammengesetzte Landschaften vererbte Elemente vergangener tektonischer Randbedingungen, die mit dem heutigen Spannungsfeld und kinematischen Stil unvereinbar sind. Mittels numerischer Störungsinteraktionsmodellierungen teste ich verschiedene Randbedingungen und berechne synoptische Momentaufnahmen künstlicher Topographie um sie mit reellen topographischen Maßen zu vergleichen. Im Elburs Gebirge treten allerdings auch E-W streichende Schwächezonen auf, die so günstig orientiert sind, dass sie Verformung unter der gesamten Einengungsspanne von Nordwest nach Nordost zeigen. Diese weisen den höchsten totalen Versatz auf. Hier tritt das Grundgebirge zutage und wird versetzt, was, wie die Modellierungen vermuten lassen, auf langanhaltende Verformung unter sich ändernden Randbedingungen hinweisen kann. Quartäre Deformation in der benachbarten Teheran Ebene ist durch Schrägbewegungen, Überschiebungen und Blattverschiebungssyteme gekennzeichnet, die typischerweise in Auffaltungen entlang von Hauptstörungen, vereinzelten Blattverschiebungen und en-échelon Anordnungen untergeordneter oberflächlicher Überschiebungen resultieren. Junge Deformation tritt auf, die Hauptbewegungen fanden allerdings im frühen Quartär und wahrscheinlich späten Pliozän statt. TCN-Datierungen, die erstmalig an geomorphologischen Oberflächen in der Teheran Ebene durchgeführt wurden, ergeben dass die beiden älteren Sedimentationsphasen (Einheiten A und B) älter sind als spätes Pleistozän. Obwohl die urbane Entwicklung im Teheraner Ballungsraum die aktiven Störungslinien zunehmend verdeckt und ausradiert, zeugen der heutige kinematische Stil, die Überreste ehemals unverstellter Quartärer Landschaftsformen und Hinweise auf Paläoerdbeben während der letzten Jahrtausende von der Gefahr, die diese Schwächezonen für die Megastadt bedeuten.

This thesis aims at deciphering the respective roles of autogenic processes and allogenic forcing in the post-orogenic evolution of a coupled mountain catchment/foreland megafan system, with a focus on the Lannemezan megafan and its mountainous catchment in the northern Pyrenees (France). AFT data are consistent with previously published thermochronological data, showing (i) the main exhumation phase of the Axial Zone (AZ; ~50-30 Ma) with lateral variations in the exhumation rates, (ii) a later unroofing of the North-Pyrenean Zone (NPZ; since ~20 Ma), and (iii) a late (~20-15 Ma) exhumation phase only recorded in the western part of the range (west of the Neste River). The megafan was thus built at a late stage of the orogeny and its source catchment lays on the boundary between two tectonic domains. Petrographic data shows that the source area encompasses the NPZ and AZ but modern river sands yield more granitic material than the megafan sediments. This discrepancy suggest that (i) the foreland deposits are locally sourced, but this is not consistent with the definition of a megafan, (ii) the crystalline massifs may have been insufficiently unroofed, but this is inconsistent with the presence of granitic material in Eocene deposits of the south foreland, (iii) the main drainage divide migrated to the south around that period, but this seems inconsistent with the exhumation history of the range as inferred from thermochronological data. Comparison of my estimation of the sedimentary budget and AFT-derived exhumation rates suggests that the current watershed of the Neste is more than sufficient to provide the material for the building of the Lannemezan megafan. This implies that (i) the catchment boundaries have not necessarily changed since the Miocene and (ii) a significant portion of the sediments bypassed the megafan. I dated the abandonment of Quaternary surfaces using cosmogenic nuclides (10Be, 26Al). The abandonment of the megafan (~300 ka) and of the alluvial terraces (~100ka, ~20ka and ~1ka) suggests that incision episodes are triggered by cold-to-warm climatic shifts. The terrace slopes increase with time: I propose that the region was subjected to northward tilting by flexural isostatic rebound as a response to erosional unloading of the range during the Quaternary. From the morphometric analysis (χ-proxy, steepness index, concavity, long river profiles) I show (i) drainage reorganization near the megafan apex and (ii) no influence on the drainage network from active tectonic structures or base-level variations. The abandonment and of the Lannemezan megafan is thus linked to the capture of the Neste by the Garonne and its episodic incision is linked to Quaternary climatic cycles. Numerical modelling adequately reproduce the building of a large megafan in 15 Ma by progradation of the deposits carried by a central river that becomes dominant in the sediment routing. I suggest that, in the northern Pyrenean foreland, the Atlantic Ocean to the west and large, efficient rivers create the conditions needed for a river to be singled out and build a megafan. Negligible subsidence at during the Miocene may have encouraged progradation. I suggest that, in the northern Pyrenees, the main driving force for long-term entrenchment of the megafan is linked to autogenic processes but these are modulated by short-term climatic changes (and possibly isostatic movements). Numerical modelling also evidenced the strong coupling between the mountainous catchment and the basin and the characteristic response times (on the order of 10 ka). / Le but de cette thèse est de comprendre ce qui contrôle l’évolution géomorphologique post-orogénique d’un ensemble composé d’un bassin versant montagneux et de son piedmont à partir de l’exemple du méga-cône alluvial de Lannemezan et son bassin versant au flanc nord des Pyrénées. Les données de thermochronologie in-situ et détritiques confirment les phases d’exhumations : (1) une phase d’exhumation majeure (~50-30 Ma), enregistrée dans toute la ZA bien qu’avec des vitesses différentes à l’est (Ariège) qu’à l’ouest, (2) une excavation plus tardive de la ZNP (à partir de ~20 Ma), et (3) une phase tardive d’exhumation (vers 15-20 Ma) enregistrée seulement à l’ouest. Le méga-cône se forme donc à une période post-orogénique où la tectonique cesse de jouer un rôle dominant, mais le bassin versant d’alimentation du cône se situe à une position charnière entre deux zones qui s’exhume différemment. Les données de pétrographie des sédiments indiquent une zone source qui inclut la ZNP et la ZA. La proportion de matériel cristallin dans les sédiments Oligo-Miocène est plus faible que celle des sédiments des rivières actuellesce qui pourrait suggérer que (1) les massifs cristallins n’étaient pas suffisamment exhumés mais cela semble incohérent avec les études précédentes, (2) que la ligne de partage des eaux a migré vers le sud, mais ce n’est pas cohérent avec l’histoire d’exhumation de la chaîne. J’ai comparé le volume érodé dans le bassin pour produire le méga-cône et le flux sédimentaire estimé à partir des taux d’exhumation : il semble que le bassin versant actuel de la Neste est plus que suffisant pour produire les sédiments du cône, ce qui suggère que (1) la taille du bassin versant n’a pas nécessairement changé et (2) une partie des sédiments a été directement exportée vers le bassin marin. Les résultats des datations par nucléides cosmogéniques (10Be et 26Al) suggèrent que le cône est abandonné vers ~300 ka et les terrasses alluviales qui bordent les rivières du piémont (~100ka, ~20ka et ~1ka) pourraient suggérer un contrôle climatique sur l’incision (cycles glaciaires/interglaciaires). Pour expliquer la pente des terrasses je propose l’hypothèse d’un basculement de la région en lien avec un rebond isostatique au Quaternaire. L’analyse morphométrique du réseau de drainage montre (i) une réorganisation par capture dans la partie sud du cône et (ii) qu’il n’y a pas de structure tectonique active ou de variation du niveau marin. J’ai utilisé un modèle numérique pour comprendre les conditions de formation et d’incision d’un méga-cône et comparé les résultats avec les observations faites sur le cône de Lannemezan et son bassin versant. Les résultats suggèrent que le temps de construction d’un tel cône est de l’ordre de 15 Ma, par progradation des dépôts d’une rivière centrale qui domine les apports du piémont. La comparaison avec le cas de Lannemezan suggère que (1) l’Océan Atlantique à l’ouest et les grandes rivières, au transport efficace créent un environnement propice à la formation du méga-cône; (2) la subsidence négligeable du piémont pourrait avoir favorisé la construction du méga-cône; (3) les processus autogéniques sont suffisants pour produire au long terme une incision permanente du cône par sa rivière d’alimentation. Les forçages externes (tectoniques, climat) ne font que moduler l’incision autogénique. La réponse du paysage à un forçage climatique cyclique montre un temps caractéristique de l’ordre de 10 ka. Finalement, la modélisation a permis de mettre en évidence les interactions entre le piémont et la chaîne.

Pendant l'Eocène Moyen, dans la région du désert d'Atacama, Nord Chili, la mise en place de porphyres et la déformation synchrone de la Précordillère aboutissent à la formation de clusters importants de dépôts de cuivre supergènes et exotiques, actuellement en cours d'exploitation. La formation de ces dépôts métallifères résulte de l'interaction entre la tectonique, l'érosion et le climat. La nature et la chronologie de ces interactions sont encore débattues. Ce travail de doctorat se concentre sur la quantification des processus géomorphologiques, tectoniques et érosifs, sur le versant ouest des Andes, autour de 23°S dans le District minier Centinela situé dans la Précordillère. Vingt-neuf nouvelles données thermochronologiques basse-température et leur modélisation indiquent que les porphyres cuprifères mis en place à faible profondeur durant l'Eocène moyen étaient déjà exhumés près de la surface à l'Oligocène moyen. Il existe un intervalle de temps de cinq millions d'années entre l'exhumation du porphyre qui constitue la source primaire de cuivre et le dépôt secondaire de cuivre dans le district de Centinela daté par les méthodes 40Ar/39Ar et K/Ar. Cette relation suggère que les dépôts de cuivre secondaires ont eu lieu lorsque les reliefs étaient déjà aplanis. Un dépôt exotique cuprifère syn-sédimentaire s'est formé dans le bassin continental du district Centinela. Des échantillons de sable ont été prélevés entre 135 et 13 mètres de profondeur dans les mines El Tesoro et Mirador. Les concentrations en 10Be et 21Ne de quatorze nouveaux échantillons ont permis de déterminer l'âge du dépôt et de contraindre les paléo taux de sédimentation des derniers 14 Ma. L'étude permet de dater le dépôt exotique à ~12 Ma et suggère qu'il a eu lieu lors d'une quiescence des taux d'érosion, confirmant l'idée que les dépôts supergènes de cuivre en milieu aride ont lieu après l'aplanissement des reliefs. Ces résultats confirment aussi que les taux d'érosion ont drastiquement chuté après 10-12 Ma, quand l'hyperaridité s'est établie. Ce travail de thèse illustre la balance nécessaire entre l'exhumation et les taux de précipitation pour former des minéralisations secondaires de cuivre et les conserver. / During the Middle Eocene in the Atacama Desert region (northern Chile), the intrusion of porphyries and the synchronous deformation of the Precordillera resulted in the formation of important clusters of supergene and exotic copper ore deposits that are currently exploited. Such metal ore deposits result of the interaction of tectonics, erosion and climate, for which both timing and relations remain debated. This PhD study focuses on the quantification of geomorphological, tectonic and erosive processes to understand their relationship in the Andean western slope around 23°S in the Centinela district in the Precordillera. Twenty-nine new low-temperature thermochronological data and their modelling indicate that shallow porphyry copper emplaced during mid-Eocene were quickly exhumed near the surface by the early Oligocene. There is a five million years-long time gap between the exhumation of primary source of copper and the ~25-12 Ma range of existing 40Ar/39Ar and K/Ar ages of secondary mineralization in the District. This suggests that supergene copper related deposits occurred when the reliefs where already flattened. A syn-sedimentary exotic copper mineralization was deposited in an intra-mountainous basin in the Centinela District. We sampled sand at different depths between 135 and 13 meters in the Tesoro and Mirador open-pit mines, one of them including this exotic deposit. The 10Be and 21Ne concentrations of fourteen new samples were used to determine the exotic deposit age and to constrain the paleo-sedimentation rate for the last 14 Ma. The study dates the exotic deposit at ~12 Ma and suggests that this mid-Miocene exotic layer occurred during an erosive quiescence, confirming the view that supergene copper mineralization occurs during a stage of slower geomorphic activity in arid environments. The results also confirm that the erosion rates drastically dropped after 10-12 Ma, when the hyperaridity was established. This study highlights the necessary balance between exhumation and precipitation rates required to form secondary copper.

Agents érosifs parmi les plus efficaces, les glaciers réagissent dynamiquement aux variations climatiques et entraînent à l’aval des modifications importantes des flux de sédiments. Dans les Alpes, et dans le cadre du réchauffement climatique actuel, se pose la question de l’évolution de la charge sédimentaire provenant de bassins versants partiellement englacés. L’export détritique issu d’un tel environnement résulte de processus d’érosion affectant plusieurs domaines géomorphologiques : les parois supra glaciaires, le substratum couvert de glace et la zone pro glaciaire à l’aval du glacier. Aussi, l’intention de ce travail de recherche doctorale est de caractériser l’origine et le transport des sédiments dans les bassins versants de deux torrents issus du glacier des Bossons (massif du Mont-Blanc, France).Dans ce but, les composantes du flux de sédiment issu des domaines supra glaciaire, sous-glaciaire et proglaciaire sont séparées et quantifiées à partir de méthodes innovantes :i. L’utilisation de la concentration en nucléides cosmogéniques comme marqueur du trans-port à la surface du glacier ;ii. L’analyse combinée de données météorologiques et de mesures hydro-sédimentaire à haute résolution temporelle (2 min) complétées par des modèles linéaires multivariés ;iii. La mise en oeuvre d’une méthode probabiliste adjointe à une application à l’échelle pluri-annuelle de l’estimation des flux sédimentaires par source ;iv. Le traçage radio-fréquence de particules grossières dans la zone pro glaciaire associé à une analyse dans le cadre d’un modèle de transport stochastique.A travers des outils numériques, l’application des méthodologies présentées apporte une estimation des taux d’érosion des domaines supra glaciaire, sous-glaciaire et pro glaciaire, et contraint le transfert des sédiments dans le bassin versant.Ainsi, dans la partie terminale du glacier, 52±14 à 9±4% de la charge supra glaciaire est transférée vers le réseau de drainage sous-glaciaire. Par ailleurs, l’évolution de ce dernier au cours de la saison de fonte entraîne sur une courte période l’export de la production sédimentaire hivernale. De plus, la configuration du drainage sous le glacier et sa dynamique de retrait contrôlent la remobilisation d’un stock sédimentaire sous-glaciaire plus ancien. Ces processus expliquent le contraste entre les taux moyens d’érosion sous-glaciaire des deux torrents instrumentés, respectivement 0.63 ± 0.37 et 0.38 ± 0.22 mm/an . Ces valeurs sont inférieures à la création topographique tectonique, ∼1.5 mm/an , et du même ordre de grandeur que le taux moyen d’érosion des parois surplombants le glacier, évalué à 0.76 ± 0.34 mm/an.A l’aval du glacier, les versants ne sont pas efficacement connectés au torrent proglaciaire et le glacier reste la source principale de l’export sédimentaire. Ainsi, en l’absence d’événements extrêmes, l’apport du domaine pro glaciaire correspond à 13 ± 10% de l’export sédimentaire total du bassin versant. Par ailleurs, la zone proglaciaire agit comme un tampon sédimentaire fonctionnant d’une échelle quotidienne à annuelle pour les silts et les sables, et à une échelle décennale pour les particules plus grossières. Au total, malgré un retrait glaciaire récent et rapide, le bassin versant du glacier des Bossons présente actuellement une dynamique paraglaciaire limitée dont l’intensité correspond à un taux moyen d’érosion proglaciaire de 0.25±0.20 mm/an. Enfin, sur l’ensemble du bassin versant, la dynamique sédimentaire est multi-fréquentielle et amortie par des stockages intermédiaires. / Among the most efficient agents of erosion, glaciers react dynamically to climate change, leading to a significant adjustment of downstream sediment flux. Present-day global warming raises the question regarding the evolution of the sediment load originating from partially glaciated catchment. The detrital export from such environment results from erosion processes operating within distinct geomorphological domains : supraglacial rockwalls, ice-covered substratum and the proglacial area, downstream from the glacier. The general intent of this doctoral research is therefore to characterize the origin and transport of sediments in the watersheds of two streams draining Bossons glacier (Mont-Blanc massif, France).For this purpose, the components of the sediment flux coming from supraglacial, subglacial and proglacial domains are separated and quantified by innovating methods:i. Using the terrestrial cosmogenic nuclides concentrations as evidence of a supraglacialtransport;ii. Combining meteorological data and hydro-sedimentary data acquired at a high timeresolution (2 min) and completed by multi-linear models;iii. Estimating sediment flux by source for 7 years and with a probabilistic method;iv. Associating radio-frequency identification of pebbles in the proglacial area with a stochas-tic transport analysis.Through numerical tools, applying the presented methodologies provides erosion rates of thesupraglacial, subglacial and proglacial domains, and determines the sediment transfer mecha-nisms within the catchment.Thus in the terminal part of the glacier, 52±14 to 9±4% of the supraglacial load is transferred to the subglacial drainage network. Moreover, its evolution throughout the melt season leads to the export of the winter sediment production during a limited period. Furthermore, the drainage configuration beneath the glacier and its retreat control the remobilization of a long-term sediment stock. These processes explain the contrast between the mean subglacial erosion rates of the two monitored streams, 0.63 ± 0.37 et 0.38 ± 0.22 mm/yr, respectively. This values are lower than the tectonic uplift, ∼1.5 mm/an, and of the same order of magnitude than the mean erosion rate of supraglacial rockwalls, evaluated at 0.76 ± 0.34 mm/an.Downstream from the glacier, hillslopes are not efficiently connected to the proglacial stream and the glacier is the main source of the sediment export. Hence, without extreme events, the input from proglacial domain corresponds to 13 ± 10% of the total sediment export from the catchment. Besides, the proglacial area acts as a buffer functioning from the daily to the year scales for fine particles, and at a decennial scale for coarser particles. In total, despite the rapid recent retreat of the glacier, the Bossons catchment exhibits a limited paraglacialdynamic whose intensity corresponds to a mean proglacial erosion rate of 0.25±0.20 mm/an. Finally, at the catchment scale, the sediment dynamic is multi-frequential and buffered by storage and release mechanisms.

Les Pyrénées ne sont pas considérées comme une chaîne active malgré certaines évidences néotectoniques et la microsismicité. Toutefois, des travaux récents ont montré que la chaine n’avait probablement jamais atteint un état stationnaire. Or, le soulèvement tectonique des chaînes de montagnes actives contrôle a priori les rythmes et les taux d’incision des vallées fluviales, lesquels sont à leur tour modulés par les changements climatiques répétés du Quaternaire. Une option pour contraindre les mouvements verticaux à long terme est de quantifier les taux d’incision par le biais de marqueurs géométriques passifs du soulèvement tels que les terrasses alluviales. Mais, selon les contextes, il n’est pas toujours possible de contraindre le soulèvement à partir de tels marqueurs. Les réseaux karstiques constituent une alternative du fait de la possibilité de déterminer la durée d’enfouissement d’alluvions fluviatiles provenant de la partie amont des bassins versants et piégés lors de leur traversée des chaînons calcaires périphériques à partir de la concentration en nucléides cosmogéniques produits in situ dans leur fraction quartzeuse. En effet, au fur et à mesure de l’encaissement de la vallée, différentes générations de conduits épinoyés horizontaux se mettent en place, les réseaux plus récents se formant en-dessous des générations précédentes. Ces galeries étagées enregistrent les paléo-altitudes des paléo-niveaux de base locaux. Ainsi, dès lors qu’elles piègent des alluvions fluviatiles, les galeries épinoyées sont assimilables à des niveaux de terrasses alluviales.Nous avons déterminé les durées d’enfouissement de sédiments détritiques dans 61 cavités des vallées de la Têt, de l’Ariège, de l’Aude et de l’Agly, via les méthodes 26Al/10Be et 10Be/21Ne, en sus d’observations morphologiques (développement des réseaux, analyse des étagements). Ces vallées offrent des étagements conséquents et les fleuves qui les parcourent sont connectés à des niveaux de base distincts (façades Atlantique et Méditerranéenne). Les résultats sur ces vallées nous permettent de documenter des incisions du Miocène ancien (~16-13 Ma) jusqu’à l’actuel avec des influences de forçages externes et de l’eustatisme que nous analyserons. L’extrapolation des taux d’incision permet également d’estimer des âges Oligo-Miocène pour les surfaces perchées incisées par ces systèmes fluviatiles.Cependant, la densité de paléo-drains sub-horizontaux sur une tranche altimétrique (relativement à la précision des techniques de datations), le contexte géodynamique, voire paléoclimatique, les réorganisations des réseaux de drainage, peuvent engendrer des histoires de remplissages des réseaux plus complexes qu’escomptées. De ce fait, contraindre justement et précisément l’âge d’un dépôt, même via des croisements inter-méthodes (26Al/10Be, 10Be/21Ne, RPE, OSL) peut s’avérer infructueux. / The rates and chronologies of valley incision are closely modulated by the tectonic uplift of active mountain ranges and were controlled by repeated climate changes during the Quaternary. The continental collision between the Iberian and Eurasian plates induced a double vergence orogen, the Pyrenees, which has been considered as a mature mountain range in spite of significant seismicity and evidence of neotectonics. Nevertheless, recent studies indicate that the range may have never reached a steady state. One option for resolving this controversy is to quantify the incision rates since the Miocene by reconstructing the vertical movement of geometric markers such as fluvial terraces. However, the few available ages from the Pyrenean terrace systems do not exceed the middle Pleistocene. Thus, to enlarge the time span of this dataset, we studied alluvium-filled horizontal epiphreatic passages in limestone karstic networks. Such landforms are used as substitutes of fluvial terraces because they represent former valley floors. They record the transient position of former local base levels during the process of valley deepening. In addition to morphological observations, the burial durations of detrital sediments in 61 cavities of the Têt, Ariège, Aude and Agly valleys were determined using cosmogenic 26Al/10Be and 10Be/21Ne ratios. The results obtained allow us to document incision processes since the early Miocene (~ 16-13 Ma) and to study influences of external forcing and eustatism. In comparison with other studies, it appears that incision rates are probably higher in the central Pyrenees, suggesting an increased role for glaciers in the incision process. Moreover, a gradient would also be observable from north to south, the Spanish slope probably having been incised faster. However, the density of sub-horizontal levels on an elevation range, the geodynamical and paleo-climatic contexts, the reorganization of the drainage networks may lead to networks filling stories more complex than expected. The obtained results applying various suitable geochronological methods (26Al/10Be, 10Be/21Ne, ESR and OSL on quartz) sometimes evidence that these radiometric approaches may be limited when source and/or emplaced deposits are reworked. The validity of dosimetric methods in a mountainous context, and the possibility that not all of the quartz grains are bleached at the time of deposition will also be discussed.

<div><div><div><p>The radionuclide 10Be is produced in the atmosphere and is delivered to Earth’s surface in meteoric rain and aerosols. The stable nuclide 9Be is present in trace concentrations within rocks in Earth’s crust and is released via chemical weathering. Together, these two isotopes have been employed to study a wide range of Earth processes. Here I explore new terrestrial archives of Be isotopes: cave speleothems and terrestrial Mn-oxides. Until this point, these archives have barely been studied. Only one published dataset of Be isotopes in cave speleothems exists (Lundblad, 2006), and to my knowledge, terrestrial manganese oxides are yet to be explored. However, since speleothems and Mn-oxides precipitate from groundwater, they have the potential to encode temporal variations in the 10Be/9Be ratio of water and colloids in the vadose zone.</p><p>I develop a framework for using the 10Be/9Be ratio in the dissolved phase and/or secondary weathering products as a metric of chemical weathering rate. I am motivated by several over-arching questions:</p><ol><li><p>1) Which factor, or factors, is/are dominant in controlling Be isotopes in speleothems and terrestrial Mn-oxides?</p></li><li><p>2) Can Be isotopes in speleothems be used as a metric of weathering rate over time, particularly across glacial/interglacial cycles?</p></li><li><p>3) Can Be isotopes be used to date the formation of terrestrial Mn-oxides?</p></li></ol><p>I measure Be-isotope concentrations in speleothems from Soreq Cave, Israel. By applying an equation that I derive in this thesis, I use the temporal variation in the speleothem10Be/9Be ratio to calculate chemical weathering rates over the last 168 ka. Chemical weathering varies with independent proxies for temperature. The weathering-temperature relationship can be fit to an Arrhenius relationship, and the calculated activation energy (Ea) matches other field-based estimates for feldspar, an abundant mineral in the soil above the cave. In the Appendices I present additional results of Be-isotope measurements in a flowstone from Buffalo Cave in South Africa, as well as Mn-oxides from the Appalachians.</p></div></div></div>

The post-orogenic history of the Appalachian Mountains, particularly the persistence of rough topography and the degree of river incision throughout the region, has been a longstanding focus of geomorphology studies. Numerous models have been developed to explain the evolution of this landscape, variously invoking episodic or continuous processes of uplift and erosion to drive the generation or reduction of topographic relief. Recently, late Cenozoic uplift has found favor as a mechanism for rejuvenating the topography of the southern and central Appalachians. This hypothesis has drawn on longitudinal river profiles, seismic tomography, and offshore sediment records as evidence of Neogene uplift.<div><br></div><div>Radiometric dating of surficial deposits provides a means to directly test models of episodic and continuous landscape evolution, as well as the Neogene uplift hypothesis. The research described in this thesis dates surficial sediments (river terraces, alluvial fans, and a filled sinkhole) and supergene manganese oxides using 26Al/10Be burial dating and 40Ar/39Ar geochronology, respectively. Our cosmogenic 26Al/10Be dating provides detailed histories of aggradation and incision along the Shenandoah and Tennessee Rivers since the early Pliocene. 40Ar/39Ar dating of manganese oxides permits estimates of surface preservation and denudation in the Shenandoah Valley and nearby watersheds throughout the Cenozoic.<br></div><div><br></div><div>The results of our work in the Shenandoah Valley, Tennessee River basin, and intervening areas indicate that the Appalachians experienced no significant pulse of uplift during the Cenozoic. Long-term preservation of supergene manganese oxides dates as far back as the Eocene, demonstrating minimal denudation and discontinuous formation that lend evidence to episodic landscape evolution models. Cosmogenic26Al/10Be burial ages along the Shenandoah and Tennessee Rivers reveal Pliocene aggradation, with enhanced deposition in the Shenandoah Valley during the mid-Piacenzian Warm Period. Both rivers likely experienced incision during the Pleistocene, likely due to climatic fluctuations. These results demonstrate that while the Appalachian landscape has remained largely unchanged for tens of millions of years, rapid Pleistocene changes in base level recently triggered significant incision of major drainages.<br></div>

The main aim of this thesis is to provide greater details on the timing of the fluvial river systems formation in the middle and the northern Bohemia. We focused on the Ploučnice River and Vltava River evolution. The river systems are very complex therefore we have used multiple approaches of the research with the disciplines range from geology, sedimentology, geomorphology, geochemistry, over different dating methods such as 10Be and 26Al isochron burial dating, optically stimulated luminescence dating and radiocarbon dating methods. Our results suggests that the terraces are significantly older than previously proposed. The fluvial style of the Ploučnice River system changes from high-energy braided to long-bend meandered river in the upper terrace levels (36 to 29 m above the modern river) and from high- to medium-energy braided river in the middle terrace levels (22-14 m). In the lower terrace levels (13 to 5 m) high-energy braided to long-bend meandered river environments were identified. Terraces were dating at 34 m, 29 m and 14 m above the modern floodplain with cosmogenic radionuclides while the 19 m, 12 m and 6 m above the modern floodplain terraces were dating with OSL. The time span represented by the river terraces remains unclear and varies from Eburonian to Eemian (1.68 to 0.056 Ma)....

Parmi les méthodes de reconstitution de l'histoire du champ géomagnétique, l'étude des variations de la production atmosphérique d'isotopes cosmogéniques s'est récemment développé. Cette production est modulée au premier ordre et aux échelles multimillénaires par l'intensité du champ géomagnétique. Son enregistrement dans les archives de l'environnement terrestre en apporte une lecture indépendante, donc complémentaire des méthodes paléomagnétiques. Ce travail vise à retracer les changements de taux de production de 10Be enregistrés dans les sédiments marins, afin de restituer les variations du moment géomagnétique depuis environ 800 000 ans. Les rapports 10Be/9Be authigéniques mesurés par Spectrométrie de Masse par Accélérateur le long de trois séquences de différentes latitudes, permettent de caractériser la production globale de 10Be sur deux intervalles de temps. (1) Lors de la baisse du moment dipolaire associée à l'excursion Laschamp (~41 000 ans BP), la surproduction de 10Be à 38°N et 2°S, confirmée par des mesures de 10Be/230Thxs, est identique à celle restituée dans les glaces du Groenland. (2) L'étude menée sur une carotte prélevée à l'équateur couvrant l'intervalle 800 000 – 250 000 ans BP (époque Brunhes), révèle les phases successives de surproduction globale de 10Be déclenchées par les chutes de moment dipolaires liées à l'inversion Brunhes-Matuyama d'une part et d'autre part à une dizaine d'excursions documentées. La calibration de ces enregistrements avec des valeurs absolues disponibles dans la littérature permet la quantification des moments dipolaires. / Among the methods for reconstructing the geomagnetic field history, studying the variations in cosmogenic isotopes production in the atmosphere has recently developed. At multi millennial scales, this production is mainly modulated by the geomagnetic field intensity. Its record in terrestrial archives provides an independent reading to complement paleomagnetic methods. This work aims at tracing the changes in 10Be production rates recorded in marine sediments, in order to reproduce the geomagnetic variations for the past 800,000 years. Authigenic 10Be/9Be ratios measured using Accelerator Mass Spectrometry along three sequences from different latitudes, characterize the 10Be global production during two time intervals. (1) During the dipole moment low associated with the Laschamp excursion (~ 41,000 years BP), the 10Be overproduction at 38°N and 2°S, confirmed by measurements of 10Be/230Thxs, is identical to that recorded in the Greenland ice sheet. (2) Studying a core collected near the equator and covering the interval 800,000 – 250,000 years BP (Brunhes epoch) reveals the successive phases of global 10Be overproductions triggered by dipole moment lows associated to the Brunhes-Matuyama reversal and also to several other documented excursions. Calibrating these records with absolute values available in the literature allows quantifying dipole moments. These are then compared to paleomagnetic reference reconstructions over the same time series. Bearing out the number and extent of these dipole field lows allows considering to refine their chronology before using their features to get a better understanding of the geodynamo rhythms throughout the last Million years.

La convergence oblique entre les plaques Caraïbes et Amérique du Sud à partir de l'Oligocène a conduit à la formation de la cordillère « Serranía del Interior » (SDI) et de son avant pays au sud (bassin de Maturín) et la ceinture plissée de Monagas. D’abord transpressif (direction NW-SE), le déplacement entre les deux plaques devient à compter de ~12 Ma principalement une translation O-E qui s’accommode principalement sur la faille d’El Pilar. Cependant, des indices de compression active ont été identifiés à la terminaison de la faille d'Urica dans la chaine plissée de Monagas. Pour discuter des mécanismes de cette déformation compressive actuelle, nous avons mis en œuvre une interprétation sismique (2D et 3D), une étude géomorphologique et une étude paléomagnétique. Depuis le front sud de la SDI dans la chaîne plissée de Monagas, l'interprétation sismique et l’analyse géomorphologique se sont concentrées sur les chevauchements de San Félix, Tarragona, Punta de Mata, Jusepín et Amarilis. Deux discordances miocènes (Mid-Miocene Unconformity (MMU) de ~10 Ma et Late Miocene Unconformity (LMU) de ~5,3 Ma) ont été cartographiées sur la sismique. En s’appuyant sur la LMU, il a été calculé à l’aplomb de ces accidents un taux de soulèvement plio-pléistocène de ~0,4 mm/a. Invisibles sur la sismique, des déformations ont aussi été observées en surface sur ces accidents (des terrasses fluviatiles basculées, plissées et faillées et des anomalies de drainage). Datées par des méthodes cosmonucléides (10Be et 26Al), l’âge des terrasses alluviales déformées sont compris entre ~90 ka sur le chevauchement de Tarragona et ~15 ka dans la zone de Punta de Mata. Un taux minimal de soulèvement pléistocène terminal à l’aplomb des chevauchements a été calculé entre 0,1 et 0,6 mm/a. Cette gamme de vitesse recouvre celle renvoyée par la LMU et montre que la déformation n'a pas varié significativement pendant les derniers 5,3 Ma. Ces observations montrent que les chevauchements de Tarragona, Pirital El Furrial et d’autres plus jeunes développés dans la formation Carapita restent actifs. Cette déformation superficielle s’estompe rapidement vers l’est près de la ville Maturín. Nous interprétons cette déformation comme liée au jeu récent de la faille d'Urica qui se termine au sud en queue de cheval. La faille d’Urica accommoderait donc une partie du déplacement entre plaques Caraïbe et Amérique du Sud. Une étude paléomagnétique a été réalisée dans les blocs de Caripe et Bergatín au sein de la SDI où 27 localités ont été échantillonnées dans les sédiments du Crétacé au Paléocène. Une observation clé de cette étude a été la mise en évidence d'une composante paléomagnétique stable déviée vers le Nord Est avec des polarités normale et inverse. Les analyses statistiques de ces composantes indiquent une acquisition postérieure au plissement de la SDI (< ~12 Ma). La déclinaison moyenne dans les blocs de Caripe et de Bergatín indique une rotation horaire de R=37º±4 º autour d’un axe vertical. Le taux de rotation post-Miocene moyen avoisine ~3.7º/Ma et reste probablement actif. Nous proposons de rattacher cette rotation horaire à un système de failles type "Riedel" (Urica et San Francisco) en relation avec la faille d’El Pilar. / In Northeastern Venezuela, the tectonic provinces of the Serranía Del Interior thrust belt (high hills), the Monagas Thrust belt (foothills) and the Maturín foreland basin formed as a result of the oblique convergence between the Caribbean and South American plates since the Oligocene. GPS data show that post 12 My wrenching component between the plates is accommodated predominantly by the E-W strike-slip El Pilar Fault. However, evidence of active compression has been identified in the southern limit of the NW-SE dextral Urica Fault, specifically, in the Monagas Fold and Thrust Belt. In order to constrain the neotectonics of this area, this thesis presents a combined approach, which includes geomorphological study, seismic and paleomagnetism. In the Monagas Fold and Thrust Belt, the geomorphological study and the seismic interpretation were focused on five zones. From the foothills to the deformation front, these zones are: San Felix, Tarragona, Punta de Mata, Jusepín and Amarilis. These areas show surface deformations such as topographic uplifts, tilted terraces, folded terraces, faulted terraces, and drainage anomalies. The dating of the river terraces through 10Be and 26Al methods indicates that these terraces formed in the Late Pleistocene. The oldest terrace located in the Tarragona zone has a maximum exposure age of ~90 ky and the youngest located in the Punta de Mata zone of ~15 ky. From this dating, a minimum vertical deformation rate between ~0.6-0.1 mm/y was calculated for this area. Using the seismic interpretation of a 3D block, the surfaces of two unconformities (MMU and LMU) have been mapped. The age obtained for the LMU (~5.3 My), yield a Plio-Pleistocene uplift rate between ~0.3-0.4 mm/y, which is close to the vertical deformation rate calculated from the terraces dated. These similar rates seem to indicate that the deformation rate in the MFTB has not changed significantly for the last 5.3 My. The deformed surfaces observed in the field and in DEM images coincide vertically with the deep structures interpreted in the seismic lines. I propose that the deformation on the surface is linked to the Tarragona, Pirital, Furrial thrusts and the Amarilis Backthrust activity and to the youngest thrusts developed in the Carapita Formation. However, this surface deformation dies out near the city of Maturín, therefore, the neotectonic deformation is inferred to be caused by local tectonics. I propose that this local compressive deformation could have been generated by a horsetail termination in the southern limit of the Urica Fault which reactivated the oldest thrusts (Tarragona and Pirital thrusts) and deformed the post-Middle Miocene units until reaching the surface. In the zones where the El Pilar Fault mainly accommodates the wrenching component, block rotation is likely. For that reason, a paleomagnetic study was conducted in the Caripe and Bergatín blocks of the Serranía Del Interior where 27 sites were sampled in Cretaceous to Paleocene sediments. Statistics analyses of the components yield a negative bedding-tilt test, indicating that this component was acquired post ~12 My after the folding process in the Serranía del interior. The average declination indicates a clockwise block rotation of R = 37º ± 4º and a post-Middle Miocene rotation rate of ~3.7º/My in both the Caripe and Bergatín blocks. This rotation rate is probably still active. I propose to relate the regional clockwise rotation to the development of a synthetic Riedel shear system formed by the El Pilar Fault (master regional fault) and by the Urica and San Francisco synthetic Riedel shears.