Ce travail de thèse porte sur la tectonique active du système de faille de Doruneh (DFS) situé au NE de l'Iran. Une approche combinée de géologie structurale, morpho-tectonique, géomorphologie quantitative et datation par des nucléides cosmogéniques 36Cl et 10Be nous a permis de décrire la cinématique ainsi que le rôle géodynamique du DFS dans le contexte de la collision Arabie-Eurasie.Le DFS comprend trois zones avec des caractéristiques structurales, géomorphologiques et cinématiques distinctes, (a) inverse-senestre pour la WFZ (Ouest) (b) purement senestre pour la CFZ (Centre) et (c) inverse pour l'EFZ (Est). Les âges d'abandon de trois générations de cônes alluviaux quaternaires ont été déterminés à ~12, ~36 et ~100 ka. Ces âges, combinés avec les décalages mesurés, indiquent une vitesse maximum de déplacement horizontal senestre de ~5,3 mm/an pour l'Holocène. Notre analyse d'aléa sismique indique que la longueur maximale d'un segment sismogène varie de 70 à 100 km, ce qui pourrait produire des séismes caractéristiques de magnitude 7.2 à 7.4 avec des intervalles de récurrence de ~750 ans.Nous proposons un nouveau modèle géodynamique dans lequel l'EFZ est impliquée dans une zone de cisaillement dextre d'orientation NNW entre Iran central et Eurasie. Le mouvement vers le nord de l'Iran central est accommodé dans cette zone de relais en transpression par du raccourcissement sur des failles inverses d'orientation NW, et transféré vers le Nord par des faille dextres d'orientation NNW. / This study focuses on the active tectonics of the Doruneh Fault System (DFS) in the north-eastern part of central Iran. A combined approach of geological and morphotectonic mapping, fault kinematic analysis, as well as in situ-produced cosmogenic dating (36Cl and 10Be) allowed us to characterize the active kinematics and geodynamic role of the DFS in the context of the Arabia-Eurasia collision.The DFS comprises Western, Central and Eastern fault zones (WFZ, CFZ, EFZ) with distinct structural, geomorphic and kinematic characteristics. The WFZ is oblique reverse-left-lateral, the CFZ is pure left-lateral and the EFZ is reverse. Exposure ages of ~12, ~36 and ~100 ka have been determined for three generations of alluvial fan abandonment surfaces along the DFS. Combining geomorphic offsets and their related ages yields a maximum left-lateral slip rate of ~5.3 mm/yr for the CFZ during Holocene. The maximum length of independent seismogenic fault segments varies from ~70 to ~100 km that could produce a characteristic earthquake with a magnitude of Mw =7.2 to 7.4 and recurrence interval of ~750 years.We propose a geodynamic model in which the EFZ is involved in a NNW-trending dextral shear zone between Central Iran and Eurasia. This implies that the EFZ forms a complex right-lateral transpressional relay zone between the eastern and northeastern Arabia-Eurasia convergence boundaries. The northward motion of Central Iran relative to Eurasia is accommodated by shortening on NW-trending reverse faults, and is transferred northward via NNW-trending dextral faults.

Développer une échelle de temps à haute résolution temporelle et commune aux différentes archives climatiques est une étape importante afin de quantifier avec précision les rapides variations climatiques passées et pour les placer dans un cadre chronologique unifié facilitant leurs inter-comparaisons et la quantification d’éventuels déphasages entre évènements, marqueurs ou archives climatiques.Le champ magnétique terrestre (CMT) regroupe l’ensemble des caractéristiques désirées pour développer un tel outil chronostratigraphique (expression dipolaire globale à la surface du globe, enregistrement dans diverses archives, variations en intensité indépendantes des variables climatiques). Bien que porteurs d’enregistrements continus, les sédiments ne donnent accès qu’aux variations relatives d’intensité du CMT. De plus, quand leur échelle de temps ne peut plus être placée sur celle des glaces polaires, elle est généralement obtenue par forçage orbital. Les laves, émises sporadiquement, enregistrent l’intensité absolue du CMT et sont datables par méthodes ⁴⁰Ar/³⁹Ar et K-Ar (indépendantes des variables climatiques). Elles fournissent ainsi des couples âge-paléointensité (A-PI) permettant de calibrer les enregistrements sédimentaires et de les transférer sur des échelles de temps et d’intensité absolues. L’échelle de temps ainsi obtenue est par la suite transférable à diverses archives climatiques. Cette étude se focalise sur les derniers 200 ka. Les laves étudiées proviennent des jeunes volcans d’Ardèche et des phases récentes du volcanisme canarien. Les laves ardéchoises ont délivré des résultats de paléointensité non exploitables et des incertitudes trop importantes sur les âges. Aucun couple A-PI pertinent n’a donc été obtenu. Cependant, nos résultats géochronologiques démontrent l’importance de combiner les 2 méthodes de datation K-Ar et ⁴⁰Ar/³⁹Ar pour tester l’exactitude et la signification géologique des âges obtenus. Pour ces laves, porteuses d’indices de contamination crustale et mantellique, nous suggérons que l’excès d’argon est situé dans des sites de rétention basses températures (<600°C). Les âges ⁴⁰Ar/³⁹Ar obtenus, apparemment non affectés par l’excès d’argon, décomposent l’activité volcanique en 3 phases : 1 au Nord (180±30 ka) et 2 au Sud (31±4 ka et 24±8 ka).Les laves canariennes ont produit 14 nouveaux couples A-PI (dont 9 datés conjointement en K-Ar et ⁴⁰Ar/³⁹Ar). Ces données ont été combinées à celles disponibles et triées de manière à ne garder que celles issues de protocoles d’analyses robustes et suffisamment précises. Les 51 données retenues ont été comparées aux courbes sédimentaires disponibles afin d’obtenir de nouvelles contraintes temporelles sur 0-200 ka. Sur 0-80 ka, les données confirment la bonne calibration de GLOPIS-75 initialement basée le minimum d’intensité de l’excursion du Laschamp et sur l’évolution du CMT entre 20 et 10 ka. En particulier, 3 de nos données réparties entre 45 et 60 ka sont cohérentes avec l’évolution du signal magnétique présentée par GLOPIS-75, complétant ainsi le jeu de contraintes sur cet intervalle. De 80 à 140 ka, les données retenues, bien qu’ayant des incertitudes temporelles parfois importantes, sont cohérentes avec les courbes sédimentaires validant ainsi leur niveau moyen de calibration sur cette période. Ces données confirment également la baisse d’intensité lors de l’épisode ancien du Blake à 120 ka, baisse d’intensité bien documentée par PISO-1500 mais très lissée sur SINT-2000. Avant 140 ka, les données sédimentaires et volcaniques disponibles sont trop incohérentes : aucune calibration n’a donc été entreprise sur cette période. Enfin, 2 données produites suggèrent un évènement géomagnétique bref vers 155 ka. Un tel événement n’est pas observé dans les courbes sédimentaires globales et les modèles disponibles vers 155 ka mais quelques études individuelles mentionnent localement un évènement géomagnétique vers 150 ka (Autriche, Russie et Mer de Chine). / The understanding of climatic mechanisms and rapid climate changes requires a high-resolution, robust, and precise timescale which allows long-distance and multi-archives correlations.An appropriate tool to construct such a timescale is provided by the Earth magnetic field (EMF). The EMF is independent from climatic variations and its past evolution, global at the surface of the Earth, is recorded by most of the geological/climatic archives. Sedimentary sequences provide continuous records of relative intensities of the EMF on timescales usually based on ice core age models or orbital tuning. Lavas, though discontinuously emitted through time, record the absolute intensity of the EMF during their cooling at the surface of the Earth. Lavas are dated using 2 complementary methods: ⁴⁰Ar/³⁹Ar and K-Ar, both independent from climatic parameters. Lavas have therefore the potential to deliver tie-points (age-paleointensity couples) enabling the time calibration of sedimentary sequences and their transfer onto absolute intensity scale and chronological time scale. This timescale can then be transferred to other climatic archives. The present study focusses on the last 200 ka with lavas sampled from young volcanoes of Ardèche (South Massif Central, France) and recent phases of volcanism in the Canary Islands.Lava flows from Ardèche provided unexploitable paleointensity results and ages with large uncertainties. Therefore, they failed to provide suitable tie-points. However, our geochronological results evidence how crucial the combination of both the K-Ar and 40Ar/39Ar methods is to test the accuracy and geological meaning of the ages. Ardèche lavas have abundant mantellic and crustal xenoliths, potential carriers of excess ⁴⁰Ar*. Our study suggests that the argon excess is located in sites that decrepitate at low temperature (<600°C). Because ⁴⁰Ar/³⁹Ar ages are not affected by excess ⁴⁰Ar*, they provide reliable results. The new age dataset indicates that the volcanic activity of Ardèche can be divided in 3 phases: the oldest one (180±30 ka) took place in the northern part of the studied area and 2 younger phases are expressed in the South (31±4 ka and 24±8 ka).The study of the Canarian lavas produced 14 tie-points (9 out of 14 dated combining K-Ar and ⁴⁰Ar/³⁹Ar results). These data have been added to the available ones for the same time period. The published data have been selected on the basis of robust analytical protocols and accuracy. The 51 data finally selected are compared to available sedimentary stacks. Over the last 80 ka, the volcanic data corroborate the calibration of GLOPIS-75, initially based on volcanic and archeomagnetic data between 10-20 ka and the low intensity observed in the Laschamp excursion. Three newly produced data, dated between 45 and 60 ka, extend the database initially used to older periods and they are also consistent with the initial calibration of GLOPIS-75. Between 80 and 140 ka, though volcanic data have significant uncertainties (in age and/or paleointensity), they are consistent with available sedimentary records and validate their calibration level on the long-term. At a shorter time scale, volcanic data corroborate the intensity low reached during the older phase of the Blake excursion (120 ka) by PISO-1500, whereas this low does not appear in SINT-2000. For ages older than 140 ka, not only the volcanic data are scattered, but also the sedimentary records are different from one another and no conclusions could be drawn. Finally, 2 of our data suggest a brief geomagnetic event around 155 ka. Such an event cannot be seen on available global sedimentary stacks or models, even though some individual studies report a local geomagnetic event around 150 ka (Austria, Russia, and China Sea).

L’intérêt croissant pour l’étude de la morphogénèse des côtes à falaises a permis de mieux appréhender les environnements méso/macrotidaux, mais en délaissant les environnements microtidaux. Pour cette raison, nous proposons d’étudier, à partir d’une approche exploratoire multi-échelle, la dynamique érosive des côtes à falaises en Méditerranée à travers l’exemple de la région Provence-Alpes-Côte d’Azur. Le choix de ce territoire s’est justifié en réponse à une problématique relative à la gestion des risques côtiers identifiée par le Conseil-Régional-PACA qui a financé ce travail doctoral. Les principaux objectifs visent à caractériser d’une part l’ampleur relative des occurrences érosives en fonction de la variabilité temporelle des forçages météo-climatiques, et d’autre part le degré du contrôle géologique sur la morphologie côtière. Toute la difficulté de l’étude réside donc dans l’optimisation des fenêtres d’observation afin de distinguer les comportements érosifs. Nous proposons donc de tester l’apport de quatre méthodes permettant de définir si l’érosion se produit de manière (1) continue à l’échelle annuelle (levés LiDAR embarqués depuis un bateau), (2) chronique à l’échelle séculaire (orthophotographies aériennes) et (3) exceptionnelle voir (4) catastrophique sur les temps propres à l’Holocène et au Quaternaire (datations aux cosmogéniques in situ 36Cl et analyses morphométriques). Au regard des résultats mesurés et interprétés, il apparaît que l’activité gravitaire produite au cours du XXe siècle (érosion moyenne de l’ordre du cm.an-1) est très faible par rapport aux environnements méso/macrotidaux / Increasing interest in studying rocky cliff coastline morphogenesis allowed a better understanding of meso/macrotidal environments, but let microtidal environments apart. Thus we propose studying the dynamic of cliff coastlines erosion in Mediterranean in the South-East of France, through a multi-scale explorative approach. This doctoral work was supported by the region Provence-Alpes-Côte d’Azur, which identified a problematic in relation with coastal hazard management. The main objectives aim at characterizing on one hand how the temporal variability of meteorologic and climatic forcings affects the magnitude of erosion, and on other hand to which extent the geological setting controls the coastline morphology. The great challenge of this work therefore consists in optimizing the observation range in order discriminate erosive behaviours. Thus we propose assessing the contribution of four methods in determining whether erosion takes place (1) continuously at annual scale (boat-borne laser scanning surveys), (2) chronic at secular scale (aerial orthophographies)and (3) exceptional even (4) catastrophic over the characteristic timescales of Holocene and Quaternary (cosmic ray exposure dating from in-situ 36Cl and morphometric analysis). The interpretation of the results shows that erosion rate observed through the XXth century (order of magnitude of cm.y-1) is very low compared to meso/macrotidal environments. However at timescales ranging from pluri-secular (0.29 ka BP) to pluri-millenar (6.8 ka BP), exceptional storms surges of +3 NGF could initiate an erosion process resulting in the formation of horizontal shore platforms.

Un des enjeux majeurs en Sciences de la Terre est la compréhension des mécanismes de déformation de la lithosphère continentale dans des zones de convergence. Le plateau Tibétain constitue un laboratoire naturel idéal pour l'étude des processus crustaux profonds actifs dans ces contextes, du fait de sa superficie et de son altitude remarquables. Le soulèvement et l'épaississement de la croûte Tibétaine ont été classiquement attribués aux effets de la collision Inde-Asie Tertiaire. Cependant, cette interprétation a été récemment mise en question par une série d’observations géologiques et géophysiques non concordantes, à différents endroits du plateau.L'objectif de cette thèse est de quantifier l’importance de l’héritage géologique dans la déformation à long-terme et à court-terme d’une chaîne active, en déchiffrant les différentes étapes de la structuration des Longmen Shan, la bordure la plus énigmatique du plateau Tibétain. Dans la chaîne des Longmen Shan la croûte Tibétaine est très épaissie (>60 km) et l'activité tectonique est localisée le long des failles d’échelle lithosphérique, comme démontré par les séismes de Wenchuan 2008 (Mw 7.9) et de Lushan 2013 (Mw 6.6). Un fort gradient topographique est présent, bien que les taux de convergence mesurés par GPS soient très faibles (<3 mm/an). Ces caractéristiques ne sont pas explicables par un modèle unique de déformation crustale, ce qui suggère une forte contribution de l'héritage géologique acquis avant la collision Inde-Asie dans la structure actuelle de la chaîne.Une étude pétro-chronologique qui combine des observations microstructurales avec la cartographie chimique des minéraux majeurs et accessoires, la modélisation thermodynamique et la datation in-situ par méthode 40Ar/39Ar et U-Pb/Th sur mica et allanite a été appliquée aux roches métamorphique à l’affleurement de chaque côté des faille majeures. L’analyse haute résolution montre que les minéraux métamorphiques dans la matrice des sédiments à grenat provenant des unités internes de la chaîne préservent dans leur composition le témoignage de différentes étapes du métamorphisme. Ceci s’explique par un rééquilibrage chimique incomplet en raison de la variabilité des fluides disponibles au cours du métamorphisme. Les différentes étapes du métamorphisme sont aussi enregistrées dans le signal 40Ar/39Ar des micas et dans la composition des minéraux accessoires.La compréhension des processus pétrologiques à petite échelle a été intégrée aux observations de terrain afin de quantifier l’épaississement de la croûte Tibétaine au Mésozoïque (> 30 km) et de mettre en évidence un saut métamorphique >150°C à travers les failles majeures, hérité de la tectonique Mésozoïque. Si les unités internes de la chaîne ont été fortement déformées, découplées du socle cristallin et métamorphisées à T ~580-600°C (P ~11 kbar), les unités externes apparaissent moins déformées et épaissies (T< 400°C, P< 5 kbar). Une exhumation partielle du socle depuis c. 20 km de profondeur a été également documentée à 120-140 Ma et reliée à un évènement tectonique méconnu auparavant.Cette thèse a ainsi permis de quantifier la durée et les conditions qui caractérisent les différentes étapes de la maturation de la chaîne: les unités internes atteignent la relaxation thermique 40 Ma après le début de la propagation du prisme orogénique. Le socle est réactivé 40 Ma plus tard, lorsqu’il atteint des conditions thermiques proches de celles de sa couverture sédimentaire. L’héritage géologique Mésozoïque contrôle fortement l’état thermique et rhéologique de la croûte supérieure au moment de la réactivation Cénozoïque ainsi que la structure actuelle de la chaîne.L’étude petro-chronologique de différents segments de la chaîne a aussi mis en évidence une segmentation métamorphique héritée du Mésozoïque qui correspond à la segmentation actuelle des failles. Ceci suggère que des structures héritées pourraient en partie contrôler la localisation des séismes récents. / One of the major challenges in Earth Sciences is understanding how the continental lithosphere deforms in convergent settings, according to which timescales. For its elevation and extension the Tibetan plateau is an ideal natural laboratory for the study of deep crustal processes in active convergent settings. The rise and thickening of the Tibetan plateau has generally been related to the only collision between the Eurasian and Indian plates during the Cenozoic. However, this interpretation has been recently put into question by apparently contrasting geophysical and geological features observed at different locations on the plateau.The aim of this PhD is to quantify the importance of the geological inheritance in the long-term and short-term deformation of an active thrust belt, focusing on the Longmen Shan orogen, the most enigmatic border of the Tibetan plateau. In the Longmen Shan (eastern Tibet) the Tibetan crust is over thickened (>60 km), the tectonic activity is localized along lithospheric faults -as demonstrated by the occurrence of the Mw 7.9 Wenchuan (2008) and Mw 6.6 Lushan (2013) earthquakes- and a high topography survives despite low convergence rates measured by GPS (<3 mm/yr). These observations are hardly reconcilable in a unique model of crustal deformation, suggesting a contribution of the geological inheritance from the geological history preceding the India-Asia collision.A petro-chronological approach that combines microstructural observations, compositional mapping of major and accessory mineral phases, thermodynamic modelling, in-situ 40Ar/39Ar dating, Ar diffusion modelling and in-situ U/Pb-Th allanite dating was applied to metamorphic rocks on each side of the major faults that strike parallel to the belt. This high-resolution study shows that in garnet-bearing rocks of the internal units of the belt matrix minerals record different stages of the metamorphic path in their composition. This is due to an incomplete chemical re-equilibration explained by a variable fluid availability during metamorphism. Different stages of metamorphism and fluid-assisted reactions sequences are also recorded in the 40Ar/39Ar signal of micas and in the composition and textures of the accessory phases.The understanding of petrological processes at the small scale was combined with field observations to quantify the Mesozoic thickness of the Tibetan crust at > 30 km and to unravel a metamorphic jump of greater than 150°C across the major faults, inherited from the Mesozoic tectonics. While internal units of the belt were strongly deformed, decoupled from the basement and metamorphosed at T ~ 580-600°C (P ~11 kbar), external units were less deformed and experienced lower temperatures conditions (T < 400°C, P < 5 kbar). The partial exhumation of the crystalline basement from c. 20 km depth along the major fault (in both internal and external units) occurred at c. 120-140 Ma during a previously poorly documented tectonic event.The multi-method approach applied on a wide geographical area and on a large time interval enabled to quantify the rates and conditions of the different stages of the maturation of the belt; internal units reached the thermal relaxation at ~600°C 40 Ma after the beginning of the propagation of the orogenic load. The basement was re-activated 40 Ma later, at similar thermal conditions than its sedimentary cover. The Mesozoic geological inheritance is therefore a key element in the present structure of the belt and strongly controlled the rheological and structural state of the upper crust at the moment of the Cenozoic re-activation.The petro-chronological study of different segments of the belt showed an along-strike metamorphic segmentation of the Longmen Shan inherited from the Mesozoic. This segmentation corresponds to the present fault segmentation, underlying the potential role of inherited structure in controlling the geographic distribution of the recent earthquakes.

La région des monts Apuseni, au pied de la chaîne des Carpathes en Roumanie, comporte de nombreux gisements de type porphyre (Cu-Au) et épithermal neutre (Pb-Zn et Au ± Ag) liés à un volcanisme andésitique néogène. Afin de comprendre les relations existant entre les gisements de type porphyre et épithermal neutre, le porphyre de Bolcana a été étudié car il possède la particularité d'être bordé par un ensemble de filons épithermaux low-sulfidation minéralisés à Pb-Zn ± Au exploités au niveau des mines de Troita et de Magura. Une étude structurale et une modélisation en 3D de ces différents gisements montrent que la géométrie et l'orientation des fractures et des veines minéralisées sont compatibles avec les directions d'extension régionale et la progression du NW vers le SE des différentes intrusions andésitiques de la région. Dans le but d'établir de manière précise les relations temporelles entre les différents gisements du secteur, un développement méthodologique a permis de réaliser des datations, par l'utilisation du système isotopique Re-Os, directement sur la minéralisation sulfurée la plus ubiquiste du système : la pyrite. L'application de cette méthodologie sur les pyrites des minéralisations a ainsi permis d'obtenir un âge de 10,9 ± 1,9 Ma pour le porphyre. Les âges obtenus dans les systèmes épithermaux restent approximatifs car des perturbations du système isotopique Re-Os sont observées dans ces environnements plus superficiels. Un fractionnement du rhénium avec un enrichissement important au niveau de la zone apicale du porphyre a été mis en évidence, et qui doit être sûrement relié à une zone d'ébullition maximale. Une répartition similaire des teneurs en arsenic des pyrites a pu y être observée. Une caractérisation des sources des métaux a été réalisée à l'échelle du district en utilisant de manière croisée, sur pyrite et galène, deux systèmes isotopiques (Re-Os et Pb-Pb). L'osmium montre que le gisement de Troita possède une signature similaire au porphyre de Bolcana alors que les résultats obtenus pour le gisement de Magura indiquent que le système a subi des perturbations, interprétées comme liées à un lessivage des ophiolites encaissantes et une incorporation partielle de leur signature. Le plomb commun confirme ces données d'osmium avec une signature isotopique plus mantellique que celui de Troita.

La Peste porcine africaine (PPA) est une maladie contagieuse spécifique du porc domestique due au seul arbovirus à ADN identifié à ce jour. Décrite pour la première fois en 1921 au Kenya, la maladie a ensuite diffusé dans de nombreuses régions du monde. Malgré l'isolement de nombreuses souches virales au cours du temps, peu d'études phylogénétiques ont été menées jusqu'ici pour comprendre les relations unissant ces isolats entre eux. Or, la caractérisation est essentielle à la traçabilité des souches et donc à la compréhension de l'épidémiologie de la maladie. De plus, les conditions climatiques et environnementales des principaux pays atteints rendent difficile l'accès, le transport et la conservation de nouvelles souches. Dans cette thèse, un protocole de prélèvement et de conservation du sang a été développé, pour la détection et la caractérisation rapides des souches. Une étude phylogénétique approfondie a été réalisée en utilisant des données de séquences publiques et inédites de virus isolés depuis 1950. Les analyses ont porté sur les gènes B646L, CP204L et E183L. Les analyses phylogénétiques ont utilisé les méthodes de maximum de vraisemblance et d'inférence bayésienne, qui ont permis de proposer une nouvelle nomenclature virale en 35 clusters différents. De plus, une datation des origines du virus a été menée, après avoir éliminé les biais d'analyse dus à une pression de sélection positive et/ou aux recombinaisons. L'horloge moléculaire a permis de déterminer que l'ancêtre commun le plus proche des souches contemporaines (TMRCA) se situait au début du 18ème siècle. / African swine fever (ASF) is a highly lethal disease of domestic pigs caused by the only known DNA arbovirus. It was first described in Kenya in 1921 and since then a substantial number of isolates have been collected worldwide. However, only few phylogenetic studies have been carried out to better understand the relationships between isolates, which is essential for virus traceability and epidemiological understanding of the disease. Access, transport and virus conservation are also complicated by climatic and environmental conditions in affected developing countries. In this thesis, a simple method of blood sampling was developed allowing rapid virus detection and characterization. Comprehensive phylogenetic reconstructions were made using publicly and newly generated sequences of hundreds ASFV isolates of the last 60 years. Analyses focused on B646L, CP204L and E183L genes. Phylogenetic analyses were achieved using maximum likelihood and Bayesian coalescence methods and a new lineage based nomenclature is proposed to designate 35 different clusters. In addition, dating of ASFV origin was carried out from the molecular data sets. To avoid biased diversity, positive selection or recombination events were neutralized. The molecular clock analyses revealed that ASFV strains currently circulating have evolved over 300 years, with a time to the most recent common ancestor (TMRCA) going back to the early 18th century.

La datation des carbonates est un enjeu important en géosciences car ces minéraux sont présents dans tous les grands cycles superficiels terrestres. Actuellement, l’âge de formation des cristaux de calcite de failles peut être déterminé par la méthode de déséquilibre U-Th ou par la méthode U-Pb. La potentialité de la méthode (U-Th-Sm)/He a été envisagée à partir des premiers résultats de diffusion de l’hélium dans les carbonates (Copeland et al. 2007) qui montrent que l’hélium est rétentif à basse température, inférieure à 70°C. Le développement de cette méthode nécessite une identification des propriétés cristallochimiques et du comportement de la calcite afin de discuter la validité des âges obtenus. Une zone de déformation au contact d’une faille normale du fossé d’effondrement de Gondrecourt à Augeville (Est du bassin de Paris) et des cristaux de calcite géodique des argilites de Tournemire (Aveyron) ont été étudiés. Une étude pétrographique et géochimique (analyse des isotopes stables δ18O et δ13C et des éléments mineurs et traces) a permis d’identifier les phases de remplissage de la zone de déformation d’Augeville. Sur les phases de remplissages une étude cristallographique par DRX (diffraction des rayons X) et ATG (analyse thermogravimétrique) a permis d’identifier les propriétés mécaniques de la calcite à différentes températures. Des expériences de diffusion de l’hélium ont été conduites selon un protocole différent de celui de Copeland et al. (2007) : temps de chauffage inférieur à 12 heures au lieu de paliers de chauffage de plusieurs heures à semaines. Des datations (U-Th-Sm)/He ont été réalisées sur toutes les phases de remplissage de la zone de déformation ainsi que sur les cristaux géodiques de Tournemire. Les résultats pour Gondrecourt mettent en évidence une zone de déformation à remplissage calcitique pluriphasée qui marque chaque étape de l’évolution tectonique de la zone. Il s’agit majoritairement de remplissages de brèches hydrauliques à brèches chaotiques avec, pour finir, la mise en place de filons. Sur ces minéralisations les résultats cristallochimiques montrent que lorsqu’ils sont soumis à une température croissante, de température ambiante à 400°C, ou sur le long terme à 200°C, il y a un accroissement du nombre de microfissures qui aboutit à la formation de clivage. L’évolution cristallochimique sous l’effet de la température présente des modifications structurales pour chacune des phases étudiées. Les expériences de diffusion dépendent de ces microfissures et de cette évolution microstructurale. Ces résultats mettent en évidence les mécanismes de diffusion de l’hélium dans la calcite à travers de multiples domaines de diffusion différents de la taille du grain. Ces domaines de diffusion dépendent de l’état microstructural de l’échantillon. Les résultats de datation (U-Th-Sm)/He présentent une large dispersion de 0,1 Ma à 35 Ma pour la zone de déformation de Gondrecourt et de 0,4 Ma à 20 Ma pour les cristaux géodiques de Tournemire. La variation des âges est en partie liée à la position des cristaux de calcite dans la succession paragénétique qui entraine un continuum de fracturation qui génère de multiples domaines de diffusion dans les cristaux de calcite. / Carbonate dating is a major issue in geosciences due to their widespread terrestrial environments presence . Precipitation ages determination are actually provide by U-Th disequilibrium series for young <1 Ma carbonates crystal and/or U-Pb method for older samples. In addition, Copeland et al. (2007) have proposed the development of (U-Th-Sm)/He dating method based on retentive helium behavior at surface temperature, conclusion issue of their first diffusion coefficients determined on carbonates samples. In this thesis work, the intention was to get an identification of crystallo-chemical properties and behavior of helium in calcite to date samples by (U-Th-Sm)/He and finally discuss the validity of this method. Deformation zones in contact to the normal fault of the Gondrecourt trench close to Augeville (eastern side of Basin of Paris) and calcite crystals geodic Tournemire argillites (Aveyron) were studied. Petrographic and geochemical couples studies (analysis of stable isotopes δ18O and δ13C and minor and trace elements) have allow the filling phases identification of the Augeville deformation zone. Based on the filling phases results, a crystallographic study by XRD (X-ray diffraction) and TGA (Thermogravimetric analysis) have been performed to identify the mechanical properties of calcite at different temperatures. Then, diffusion experiments on natural helium were conducted using a protocol differing than Copeland et al. (2007): heating time less than 12 hours instead of heating stages from hours to weeks. (U-Th-Sm)/He analyses were performed on all filling phases of the deformation zone and on the crystal geodes of Tournemire. Results for Gondrecourt samples show a deformation zone that marks several calcitic fillings corresponding to each stage of the tectonic evolution of the area. Calcite filling mainly corresponds to breccia and/or vein fillings which have precipitated approximatively in the same time. Crystallochemical results of these samples, show an increased number of microcracks leading to the formation of cleavage when samples are subjected to temperature increasing, from room temperature to 400 °C, or several days the long term at 200 °C. The crystallochemical evolution under the effect of temperature exhibits structural modifications for each studied phase. Diffusion experiments depend on these microcracks abundance and the microstructural evolution. These results emphasize the mechanisms of helium diffusion in calcite across multiple diffusion domains at different grain size. These multiple diffusion domains are linked to microstructural state of the sample. The results of dating (U-Th-Sm)/He ages show a wide dispersion of 0.1 to 35 Ma for the deformation zone Gondrecourt and from 0.4 to 20 Ma for Tournemire crystal geodes. Ages variation are partly related to the calcite crystals position in the paragenetic sequence. When a mineral undergoes deformations it becomes less retentive.

De nombreuses études ont montré l’impact de la déformation sur le système K-Ar, et donc les âges ⁴⁰Ar/³⁹ Ar. Ces études se limitent souvent à une comparaison des âges obtenus dans des roches déformées et un protolithe indemne de déformation. La première partie de cette étude a inversement consisté à étudier la distribution de la déformation à différentes échelles et à décrire finement les gradients d’intensité de la déformation. L’étude a porté sur deux protolithes de nature granitique, associés à une différence d’âge entre leur formation et les évènements tectonométamorphiques faible (< 1 Ma ; massif d’Ikaria) ou élevée (>240 Ma ; massif du Tende). Pour le premier cas, la déformation entraine une perte de 40Ar dans les clastes des phases potassiques, interprétée comme résultant de la réduction des tailles des domaines de diffusion qui n’est pas accentuée par une intensité de déformation croissante. Pour le second cas, l’héritageen 40Ar du protolithe se traduit par la circulation de fluides et de 40Ar externe au système via les structures se déformant activement, produisant parfois un vieillissement des âges grandissant dans la phengite des structures les plus localisantes, alors que sur d’autres coupes il est observé un rajeunissement plus logique. Pour les deux cas,l’interprétation des âges obtenus dans les phases néoformées pendant la déformation est ambiguë entre refroidissement,cristallisation et mélange, et nécessite un examen détaillé des données confrontées aux températures de fermeture possibles. Les interprétations indiquent pour le cas d’Ikaria une localisation de la déformation ductile en moins de 1-3Ma le long d’un gradient de second ordre d’une dizaine de mètre d’épaisseur. La localisation de la déformation à l’échelle d’une zone de cisaillement se réalise plus rapidement dans le cas de l’exhumation post-orogénique d’un MCC(~7 Ma) que dans le cas de l’exhumation de matériel continental impliqué dans un prisme de subduction (~14-10 Ma). / Numerous studies have shown the impact of deformation on the K-Ar system, and therefore ⁴⁰Ar/³⁹ Ar ages. These studies often do not provide data characterizing deformation and are limited to a comparison of the ages obtained indeformed rocks and an undeformed protolith. The first part of this study thus consisted in studying the strain distribution at different scales and finely describing strain intensity gradients. The study focused on two granitic protoliths, associated respectively with a difference in age between the formation of the protolith and the age of the tectonometamorphic events that is low (<1 Ma ; Ikaria Island) or inversely high (> 240 Ma ; Tenda massif). In the firstcase study, deformation results in a 40Ar loss in K-bearing phases, interpreted as resulting from the reduction of diffusion domains sizes which is not accentuated by an increasing strain intensity. In the second case study, the 40Arinheritance of the protolith results in fluids and extraneous 40Ar circulation through the actively deforming structures,ages in phengite being increasingly older approaching the most localizing structures in some sections, while others behave in an opposite way, more in line with the progressive strain localization in time. For both cases, interpretation of ages obtained in the newly formed phases during deformation is ambiguous between cooling, crystallization and mixing, and requires a detailed examination of the data confronted with the possible closing temperatures.Interpretations indicate for the Ikaria case study a strain localization in less than 1-3 Ma along a second order gradient of about ten meters in thickness. Strain localization at the scale of a shear zone occurs more rapidly in the case of a post-orogenic exhumation of a MCC (~ 7 Ma) than in the case of the exhumation of continental material involved in a subduction prism (~ 14-10 Ma).

Les glaces de l'Antarctique constituent un matériau d'archivage unique pour garder la trace de l'atmosphère du passé. La plus ancienne archive glaciaire disponible (800 ka) ne permet malheureusement pas d'étudier une transition climatique majeure qui s'est déroulé entre 1.2 Ma et 0.9 Ma (transition du mi-Pleistocène). Localiser un site ayant permis la conservation d'une glace aussi ancienne est donc un enjeu majeur au sein de la communauté des carottes de glace. Plusieurs régions autour du Dôme C présentent de bonnes caractéristiques d'un point de vue thermique et mécanique. Le but de ces travaux est d'identifier précisément des sites propices à un archivage de long terme, en utilisant différents modèles successifs. D'abord un modèle thermique 1D, qui permet de calculer le flux géothermique local, et d'affirmer que les hauteurs du socle sont exemptes de fusion depuis au moins 800 ka. Ensuite un modèle 3D d'écoulement, qui permet la description des trajectoires des particules de glace depuis la surface jusqu'au socle. Pour minimiser les perturbations stratigraphiques, il conviendra de placer le site de forage proche de la crête, et pour assurer une résolution suffisante le site ne devra pas se trouver à l'aplomb du sommet du relief basal, mais sur son flanc. Enfin, on utilise un modèle de datation 1D contraints par les isochrones, pour connaître la distribution des âges basaux et résolutions compatibles avec les isochrones observées, et estimer les risques de succès ou d'échec du forage. On propose deux sites de forage distants de 37 km de Dôme C, pour lesquels la présence de glace exploitable de 1.5 Ma et d'une résolution suffisante est hautement probable. / Antarctic ice is an exceptional archive of ancient atmospheric air. The oldest available ice archive (800 ka) is not old enough to study a main climatic transition that occurred between 1.2 Ma and 0.9 Ma (mid-Pleistocene transition). Locating a future old-ice drill site is now one of the main goal of the ice-core community. In the region of Dome C, several old-ice targets have required characteristics, from a thermal and mechanical point of view, to hosts very old ice. The goal of this work is to precisely locate suitable coring sites, using several glaciological models. First a 1D heat model to compute the local geothermal flux, that make us confident in the fact that bedrock heights have been free of basal melting for at least the last 800 ka. It is very likely that such sites are able to host a 1.5 Ma ice archive. Second, a 3D ice flow model, to describe the ice trajectories from the ice surface to the bed. Drilling less than 10 km from the surface ridge mimimizes the risks of stratigraphic disturbance, and drilling on the flanks of the bed relief - and not on its top - is mandatory to ensure a sufficient age resolution. Third, a 1D dating model constrained by isochrones let us describe the distribution of basal ages and age resolutions compatible with observed isochrones, and assess the risk of success or failure of the drilling. With currently available data and modelling tools, two drilling sites are proposed that are located 37 km from Dome C, at which 1.5 Ma-old ice is very likely to be archived in required conditions and with sufficient resolution.

L'objectif de cette thèse est de caractériser les principales étapes de l'exhumation d'unités métamorphisées à haute pression, dans un contexte de subduction continentale profonde de la plaque européenne plongeant sous la plaque apulienne. Les cibles choisies sont les massifs de Vanoise Sud et d'Ambin (Zone Briançonnaise Interne des Alpes Occidentales). Ils renferment des unités de socle et de couverture, ayant toutes été métamorphisées à haute pression.<br /><br />Notre travail de terrain permet de cartographier en détail les macrostructures (schistosités, linéations, plis, bandes de cisaillement), et de proposer un calendrier des déformations. L'étude des microstructures, associée à l'analyse pétrologique des phases minérales, nous permet de définir les assemblages minéralogiques développés à chaque étape de déformation (D1, D2). Les estimations thermo-barométriques, couplées aux datations Ar-Ar in situ sur phengite (inédite dans les deux massifs), nous permettent de reconstituer dans un espace Pression-Température-temps-déformation, les principales étapes de l'exhumation des unités de socle et de couverture :<br /><br />- Une première phase alpine (D1) se développe dans le faciès des Schistes Bleus vers 50 Ma, et correspond au début de l'exhumation des unités subductées. Dans le massif de Vanoise Sud, nous montrons un fort contraste métamorphique entre les unités de socle (17kbar-480°C) et de couverture (11kbar–300°C). Nous l'interprétons comme la conséquence d'un découplage précoce au cours de l'enfouissement, en relation avec les cisaillements syn-Schistes Bleus à vergence NW.<br /><br />- L'événement D2 débute à 43 Ma dans le faciès des Schistes Bleus de bas grade, et se poursuit dans le faciès des Schistes Verts. L'événement cisaillant majeur à vergence est (C2) débute à 37 Ma et atteint son paroxysme à 34 Ma. D2 est associé à un réchauffement généralisé dans l'ensemble de la pile structurale (+100°C), qui permet d'atteindre le pic thermique (530°C-7kbar dans le socle, et 350°C–6kbar dans la couverture).<br /><br />- En Vanoise Sud, les unités de socle et de couverture sont juxtaposées autour de 30 Ma, à la faveur des cisaillements vers l'Est (3-4kbar-350°C). Nous repoussons la limite des dernières déformations ductiles à 28 Ma (3kbar-300°C).<br /><br />- L'exhumation tardive des unités se produit dans le domaine cassant, en trois étapes :<br />(i) entre 28 et 20 Ma : vitesses élevées atteignant 1.5 km/Ma.<br />(ii) entre 20 et 5 Ma : les unités stationnent à 3km de profondeur (période de stabilité thermique, vitesse de refroidissement = 1°C/Ma).<br />(iii) depuis 5Ma, nouvelle accélération de l'exhumation (0.6 km/Ma).